Способ изготовления полых цилиндрических двухслойных изделий и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении биметаллических труб. Цель изобретения состоит в повышении качествасоединения. Способ заключается в том, что полые заготовки 5 и 4 устанавливают одна в другую и раздают до соприкосновения слоев. По мере раздачи внутреннюю поверхность изделия нагружают гидростатическим давлением. Величину гидростатического давления рассчитывают по определенной зависимости. Устройство содержит оправку 3 с толкателем 2. На толкателе на расстоянии 0,5...1,5 диаметра калибрующей части оправки установлено герметизирующее калибрующее кольцо I. Вначале работает только оправка 3, осуществляющая раздачу внутренней заготовки 4 до соприкосновения ее стенок со стенками заготовки 5. Затем полость 7 заполняют жидкостью (объем и давление ее рассчитывают ) и по мере опускания оправки 3 внутреннюю поверхность нагружают гидростатическим давлением. В результате усилие среза увеличивается, а следовательно, улучшается сцепление слоев. 2 с.п. ф-лы, 5 ил. ,-, ( Ю с& 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК др 4 В 21 С 23/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4026216/25-27 (22) 24.02.86 (46) 07.03.87. Бюл. № 9 (7 l ) Днепропетровский металлургический институт им. Л. И. Брежнева и Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторскотехнологический институт трубной промышленности (72) В. Г. Балакин, Е. А. Близнюков, И. Н. Клур, Б. П. Одинцов, В. Ф. Балакин, Ю. Б. Жуковский, В. Е. Немогай, В. И. Кузьменко, P. Е. Штейн, А. П. Корж и В. М. Бондаренко (53) 621.771.8 (088.8) (56) Чепурко М. И. и др. Биметаллические трубы.— М.: Металлургия, 1974, с. 52. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЫХ

ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДВУХСЛОЙНЫХ

ИЗДЕЛИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении биметалли„„SU„„1294410 А1 ческих труб. Цель изобретения состоит в повышении качествасоединения. Способ заключается в том, что полые заготовки 5 и 4 устанавливают одна в другую и раздают до соприкосновения слоев. По мере раздачи внутреннюю поверхность изделия нагружают гидростатическим давлением. Величину гидростатического давления рассчитывают по определенной зависимости. Устройство содер. жит оправку 3 с толкателем 2. На толкателе на расстоянии 0,5...1,5 диаметра калибрующей части оправки установлено герметизирующее калибрующее кольцо I.

Вначале работает только оправка 3, осуществляющая раздачу внутренней заготовки

4 до соприкосновения ее стенок со стенками заготовки 5. Затем полость 7 заполняют жидкостью (объем и давление ее рассчитывают) и по мере опускания оправки

3 внутреннюю поверхность нагружают гидростатическим давлением. В результате усилие среза увеличивается, а следовательно, улучшается сцепление слоев. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к изготовлению биметаллических труб.

Цель изобретения — повышение качества изделий путем улучшения сцепления слоев.

На фиг. 1 изображена схема устройства для реализации способа получения двухслойных изделий раздачей; на фиг. 2 — то же, после предварительного проталкивания оправки; на фиг. 3 — то же, после 10 заливки жидкости; на фиг. 4 — то же, положение начала сжатия жидкости; на фиг. 5то же, положение завершения сжатия жидкости и начала установившегося процесса.

Устройство содержит калибрующее герметизирующее кольцо 1, толкатель 2, оправку 3. Обозначены также внутренняя заготовка 4, наружная заготовка 5, опорная плита 6, полость 7, de — диаметр калибрующего участка оправки; Й .— диаметр толкателя; V-- — объем исходной (несжа20 той) жидкости; V — объем жидкости, сжатой до заданного давления; htt — величина предварительного проталкивания оправки внутрь патрубка; harp — длина участка обработки.

Снабженный калибрующим кольцом 1 толкатель 2 воздействует на оправку 3, 25 осуществляющую раздачу внутренней заготовки 4 до соприкосновения с наружной заготовкой 5, опирающейся на опорную плиту 6. Полость 7, образованная торцами калибрующего кольца I и оправки 3 и боковыми поверхностями толкателя 2 и патруб- З0 ка 4, заполнена жидкостью 1.

Предварительно подготовленные по сопрягаемым поверхностям наружная 5 и внутренняя 4 заготовки устанавливаются коаксиально одна другой (внутренняя заготовка имеет, кроме того, отбортовку для упора в торец наружной заготовки, которая выполняется на другом устройстве или на позиции раздачи специальным инструментом).

Наружная заготовка 5 опирается на опорную плиту 6. Далее в заходный конец внут- 40 ренней заготовки 4 устанавливается оправка

3, которая толкателем 2 подается по ходу раздачи на предварительно рассчитанную величину !пи. Затем толкатель 2 отводится назад, на него устанавливается калибрующее герметизирующее кольцо 1 (таким образом, 45 что после касания толкателем 2 торца оправки 3 расстояние между обращенными друг к другу торцами кольца и оправки становится равным 0,5 — 1,5 диаметра г)п калибрующего участка оправки), а в полость 7 заготовки, которая закрь1та снизу 50 оправкой, заливается жидкость объемом

Ъ исх (фиг. 3) .

Толкатель 2 с калибрующим кольцом 1 снова подается вперед. С момента, когда торец калибрующего кольца 1 коснется внутренней заготовки 4 (фиг. 4), происходит полная герметизация полости, в которой находится жидкость, и сжатие последней.

Сжатие жидкости заканчивается, когда толкатель 2 доходит до торца оправки 3 (фиг. 5). В этот момент давление жидкости становится расчетным, а расстояние между торцами кольца и оправки — равным длине участка обработки (0,5 — 1,5) de. Последующим ходом толкателя 2 оправка 3 проталкивается через всю длину внутренней заготовки 4, осуществляя ее раздачу до соприкосновения с наружной заготовкой 5.

По мере перемещения оправки 3 происходит и нагружение заданным давлением участка обработки, что улучшает сцепление слоев металлов заготовок.

Величина предварительного проталкивания оправки ho определяется из геометрических соотношений (фиг. 4 и 5):

Ъ исх + — (1, побр

% 2 х тг 7 с о

Величина гидростатического давления определяется по формуле

P = оупр (1+ К Кд+К2Кв) где P — гидростатическое давление, МПа; оуир — предел упругости металла внутренней заготовки, МПа;

К, R. показатель шероховатости сопрягаемых поверхностей наружной и внутренней заготовок (пределы изменения показателей шероховатости — среднее арифметическое отклонение профиля Кв=5,00—

0,25 мкм; высота неровностей профиля по 10 точкам R. = 20,0—

0,1 мкм);

КьК2 — коэффициенты пропорциональности, равные 0,01 при замере показателя

Ra и равные 0,0025 при земере показателя R..

Коэффициент пропорциональности, связывающий среднее арифметическое отклонение профиля К. с долей превышения гидростатического давления относительно предела упругости (в килоньютонах), равен 0,01.

Предусматривается возможность замера также и высоты неровностей профиля по 10 точкам (R-.) . Для этого случая коэффициент пропорциональности равен 0,0025. Таким образом, Р= улр (1+0,01Ксм +0,01Кав ) или

P = упр (1 + 0,0025 Кхм + 0,0025 К,в ) .

Экспериментально установлено, что формула справедлива при следующих пределах изменения показателей шероховатости поверхности: 0 25 мкм(Кв(5 мкм: 0 1 мкм(< R,(20 м км. При значениях показателей шероховатости R, К, больше верхних пределов невозможно обеспечить качественное сцепление слоев. При значениях показателей шероховатости Кз, R меньше нижних пределов величина шероховатости перестает влиять на качество сцепления, становится равной шерохова1294410 тости инструмента и качество заготовок не улучшается.

Величина участка заготовки, на который целесообразно воздействовать указанным давлением, также имеет ограничения, установленные экспериментально. Начинаясь непосредственно за конечным сечением калибрующего участка оправки, участок обработки имеет длину, равную 0,5 — 1,5 внутреннего диаметра заготовки и зависящую от соотношения геометрических размеров (отношения диаметра к толщине стенки) заготовки. Для толстостенных заготовок (D/S< (4 — 5) рекомендуется длина участка Л.ор, равная 1,2 — 1,5 внутреннего диаметра заготовки, для тонкостенных (D/S) 15) 0,5—

0,8 внутреннего диаметра заготовки, при

4 — 5(D/S(15 hosp = 0,8 — 1,2.

При длине участка обработки, меньшей

0,5 внутреннего диаметра заготовки, не обеспечивается эффект улучшения сцепления.

При длине, большей 1,5 внутреннего диаметра заготовки, нецелесообразно увеличивается длина участка предварительной подготовки конца внутренней заготовки для ввода технологического инструмента, поскольку на таком расстоянии от конечного сечения участка раздачи уже завершаются все микродеформационные процессы на контактной поверхности.

Объем жидкости, заливаемой в устройство перед началом его работы, необходимо строго дозировать, так как он определяет величину гидростатического давления в момент обработки (при заданном положении калибрующего кольца объем сжатой жидкости не изменяется в проессе работы устройства) . Объем исходной (несжатой) жидкости необходимо выбирать с учетом увеличения плотности жидкости с ростом давления:

У

Ъ и ох — — V

) иох

I/le V cx, р.о. — Объем H IIJIQTHocTb несжатоЙ

ЖИДКОСТИ;

V, р — объем и плотнос.гь жидкости при давлении обработки.

Наружный диаметр и толщина калибрующего кольца выбираются из условий нормального функционирования устройства для обеспечения надежной герметизации полости жидкости высокого давления.

Объем исходной жидкости определяется следующим образом. Замеряется шероховатость сопрягаемых поверхностей наружной и внутренней заготовок (усредненные значения по поверхности). Определяется по справочной литературе предел упругости ме талла внутренней заготовки для заданной величины деформации раздачи и рассчитывается необходимое гидростатическое давление жидкости в полости заготовки по выражению, указанному выше. Затем определяется по справочной литературе плотНОСТЬ ЖИДКОСТИ В ИСХОДНОМ СОСТОЯНИИ Риси и при необходимом давлении р.

Объем исходной жидкости Ч .. рассчитывается по приведенной выше формуле с учетом того, что объем сжатой жидкости

V = (4) — d ), где d — внутренний диаметр изделия (изменением внутреннего диаметра за10 готовки по длине участка обработки при расчете объема жидкости можно пренебречь, следовательно, dy= do, где do — диаметр калибрующей части оправки);

d. — диаметр толкателя на участке об15 работки;

hosp †äëè участка обработки, равная

0,5 — 1,5 диаметра оправки.

При проведении испытаний устройство

MoHTHpoBBJlocb на вертикальном гидравлическом прессе усилителем 6,3 МН. Изготавливались двухслойные изделия размером

DxS = 100х30 мм. Отношение диаметра к толщине стенки D/S = 3,3. Наружная заготовка — из высокопрочной стали, внутренняя заготовка — из коррозпонно-стойкой стали, 25 длина патрубков !100 мм. Диаметр калпбрующего участка оправки 40 мм, величина раздачи (зазор между заготовками) 3 мм на сторону. Шероховатость контактирующих поверхностей заготовок в среднем R =

1,50 мкм. Количество пар заготовок !8.

На переднем конце толкатсля имелась резьба трап 20х2 для установки калибрующего герметизирующего кольца наружным

+о,о3 диаметром 40 мм. Длина нарезного участка 85 мм. Калибрующее кольцо устанавливалось на толкателе таким образом. что расстояние до торца оправки (после упора в нее толкателя) составляло 60 мм. В полость, образованную стенкой заготовки и поверхностью технологических инструментов, заливался бензсл в качестве рабочей жид40 кости.

Формула изобретения

1. Способ изготовления полых ци45 линдрических двухслойных изделий, включающий обработку сопрягаемых поверхностей заготовок до заданного уровня шероховатости, коаксиальную установку одной заготовки относительно другой и соединение заготовок путем раздачи внутренней заготовки до соприкосновения ее стенок со стенками наружной заготовки, отличающийся тем, что, с целью повышения качества путем улуч шения сцепления слоев, по мере раздачи на внутреннюю поверхность полученного двухслойного изделия воздействуют последовательно по участкам высотой, равной 0,5...1,5 внутреннего диаметра изделия, гидростатическим, 1294410

+>«" (1+1 1 я+ >Rs) где P— оv«v—

R«, R«â€”

Kl K2

Составитель Н. Чернилевская

Редактор В. Петраш Техред И. Верес Корректор М. Самборская

Заказ 4 !5/б Тираж 733 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий !! 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое ппедприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 давлением, величину которого определяют по зависимости гидростатическое давление, МПа; предел упругости металла внутренней заготовки, МПа; показатель шероховатости сопрягаемых поверхностей наружной и внутренней заготовок (пределы измене- !О ния показателей шероховатости— среднее арифметическое отклонение профиля R«=5,00 — 0,25 мкм; высота неровностей профиля по 10 точкам

Rz=20,0 — 0,1 мкм); коэффициенты пропорциональности, равные 0,01 при замере показателя

R« и равные 0,0025 при замере показателя Rz.

2. Устройство для изготовления полых цилиндрических двухслойных изделий, содержащее опорную плиту, оправку с сопряженными между собой коническим рабочим и цилиндрическим калибрующим участками и установленный с возможностью взаимодействия с оправкой толкатель, отличаюи4ееся тем, что, оно снабжено смонтированным на толкателе на расстоянии от его торца, обращенного к оправке, равном

0,5...1,5 диаметра калибрующего участка оправки, калибрующим герметизирующим кольцом, а полость, расположенная между герметизирующим кольцом и оправкой, служит для размещения жидкости.