Способ изготовления сосудов сферической формы

 

Использование: для изготовления сферических емкостей, применяемых при производстве летательных аппаратов, в химической и нефтехимической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: листовые заготовки в виде полуколец гнут в конические обечайки с последующей сваркой их по образующей. Угол при вершине конической обечайки принимают равным 60^o, диаметр большего основания - удвоенному диаметру меньшего и равным диаметру d_сф сосуда сферической формы. Затем к меньшему основанию каждой конической обечайки приваривают плоские диски с образованием конических чаш, которые сваривают между собой в полую сварную заготовку. После этого последнюю подвергают гидрораздуву в сосуд сферической формы. 5 ил.

Изобретение относится к созданию сферических емкостей, применяемых при производстве летательных аппаратов, в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Известен способ изготовления сосудов сферической формы, включающий раскрой листового материала на составные элементы и изготовление цилиндрической обечайки и двух днищ эллиптической формы, которые сваривают между собой и полученному полуфабрикату придают сферическую форму гидрораздувом [1] Однако для осуществления этого необходимы специальное прессовое оборудование и формообразующая штамповая оснастка.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления сосудов сферической формы, включающий раскрой листового металла на составные элементы, сварку их между собой в икосаэдр и придание полученной сварной заготовке сферической формы гидрораздувом [2] Однако встреча пяти сварных швов в одной точке приводит к снижению прочности материала в этих участках и появлению прожогов в заготовках, снижающих качество получаемых из них гидрораздувом сосудов сферической формы. Кроме того, данный способ не позволяет автоматизировать процесс сборки и сварки.

Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого изобретения, состоит в снижении протяженности сварных швов и, как следствие, в повышении качества изделий и снижении трудоемкости их изготовления.

Это достигается тем, что в способе изготовления сосудов сферической формы, включающем раскрой листового материала на составные элементы, сварку их между собой и придание полученной сварной заготовке сферической формы гидрораздувом, при раскрое листового материала получают два плоских диска и две листовые заготовки, сгибаемые в конические обечайки, кромки которых сваривают по образующей, при этом угол при вершине конической обечайки принимают равным 60^о, диаметр большего основания удвоенному диаметру меньшего и равным диаметру сосуда сферической формы, сварку составных элементов между собой производят в два этапа, на первом из которых к меньшему основанию каждой конической обечайки приваривают плоский диск, образуя коническую чашу, а на втором этапе конические чаши сваривают между собой.

На фиг. 1 показана полая сварная заготовка, продольное сечение и ее изометрия; на фиг. 2 геометрические параметры составных элементов заготовки для последующей сварки их и формообразования в сосуд сферической формы; на фиг. 3-5 этапы гидрораздува сварной заготовки в сферический сосуд.

Полая сварная заготовка 1 (фиг.1) для изготовления сосуда 2 сферической формы (фиг. 5) включает два диска 3 и 4 диаметром, равным радиусу сферы R_сф D_сф/2, и две обечайки 5 и 6 в виде усеченного конуса с диаметром наибольшего основания AD (фиг.1), равным диаметру сферы D_сф, и с диаметром наименьшего основания ВС, равным 0,5 D_сф. Угол при вершине конической обечайки принимает β 60^о, что обеспечивает сочетание наименьших степеней деформации сварных швов и стенки сферического изделия.

Для изготовления одного сосуда сферической формы диаметром D_сф или раскрое листового материала необходимо получить два плоских диска 7 диаметром d D_сф/2 и две плоские заготовки в виде полуколец 8 с наружным радиусом R_н AO' D_сф и внутренним радиусом R_вн BO' D_сф/2.

Угол охвата α разверток для получения усеченных конусов устанавливается из известного соотношения R_н·α πD_сф или α , (1) где R_н наружный радиус развертки.

В связи с тем что при вершине усеченного конуса угол β принят равным 60^о, согласно фиг.1 имеем (при ОА D_сф/2) R_н= D_сф. Откуда α π. (2) Для получения полой заготовки 1 листовые развертки подвергают изгибу в конические обечайки 5 и 6 и сваривают по образующей с образованием угла β при их вершине, равным 60^о. После этого сварку составных элементов 3, 4, 5 и 6 заготовки производят в два этапа: на первом этапе к меньшему основанию каждой из конических обечаек 5 и 6 приваривают плоские диски 3 и 4 с образованием конических чаш, при этом к одному из дисков предварительно приваривают штуцер (не показан); а на втором этапе конические чаши сваривают между собой по наибольшему диаметру оснований в полую заготовку 1.

Затем в полученную полую заготовку 1 (фиг.3) подают через штуцер (не показан) жидкость 9, со стороны которой при помощи насосной станции создают давление для формообразования ее сначала в промежуточную форму 10, а затем в сосуд 2 сферической формы (фиг.5).

Давление жидкости q для гидрораздува полой сварной заготовки 1 в сосуд 2 сферической формы устанавливают по формуле q , (3) где σ_в предел прочности материала заготовки, кгс/см²; S_o исходная толщина материала, мм; R_сф D_сф/2 радиус сосуда сферической формы, мм.

После гидрораздува полой заготовки 1 в сосуд 2 жидкость удаляют, при этом следует иметь ввиду, что гидрораздув совмещает в себе операции по контролю герметичности и прочности изделия.

Для принятых значений угла β 60^о при вершине усеченных конусов и диаметров оснований, равных D_сф и D_сф/2, получаем степень деформации сварного шва ε_e в заготовке по образующей конуса ε_e= 0,044 4,4% (4) а осредненную степень деформации стенки сферического сосуда, получаемую при гидрораздуве рассматриваемой заготовки 1 в изделие, устанавливаем по формуле
ε_s= , (5) где F_о площадь поверхности сферы;
F_Θ площадь поверхности сварной заготовки.

Принимая во внимание, что F_o π D_сф² (6) и F_Θ πD²_сф (7), согласно формуле (5) устанавливаемым
ε_s= 0,125 12,5% (8)
Предлагаемый способ изготовления сосудов сферической формы, характеризуемый малыми степенями по сварному шву (ε_e 0,044) и по поверхности (ε_S 0,125), способствует применению его при изготовлении сосудов сферической формы из малопластичных и труднодеформируемых материалов и сплавов (например, из титановых и молибденовых сплавов). При этом изготовление всего четырех разверток для составных элементов полой сварной заготовки осуществляется на универсальном оборудовании и без применения специальной формообразующей оснастки, а выполнение сварочных работ поддается автоматизации, что обеспечивает изготовление сосудов сферической формы при значительном снижении трудоемкости по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОСУДОВ СФЕРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ, включающий раскрой листового материала на составные элементы, сварку их между собой и придание полученной сварной заготовке сферической формы гидрораздувом, отличающийся тем, что при раскрое листового материала получают два плоских диска и две листовые заготовки, после чего листовые заготовки гнут в конические обечайки и кромки сваривают по образующей, при этом угол при вершине конической обечайки принимают равным 60^o, диаметр большего основания - удвоенному диаметру меньшего и равным диаметру сосуда сферической формы, сварку составных элементов между собой производят в два этапа, на первом из которых к меньшему основанию каждой конической обечайки приваривают плоский диск, образуя коническую чашу, а на втором этапе конические чаши сваривают между собой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5