Способ прессования

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности, к способам прессования составных по толщине пустотелых заготовок, для получения труб с плакированной рабочей поверхностью. Способ прессования, преимущественно составных заготовок с продольной слоистостью, содержащих две размещенные одна в другой разновеликие заготовки, внешняя из которых выполнена, например, из менее прочного материала, при котором составную заготовку собирают с образованием на одном из торцев уступа, фиксируют заготовку одну относительно другой, далее составную заготовку нагревают, устанавливают на иглу, с последующим прессованием через коническую матрицу путем ее размещения в контейнере и приложения осевого сжимающего усилия к плоскому торцу составной заготовки через пресс-шайбу. Фиксирование заготовок выполняют в два этапа, на первом из которых опорные поверхности торцев заготовок размещают на некотором расстоянии друг от друга и, прикладывая осевое сжимающее усилие к рабочему торцу внешней заготовки, осуществляют совместную деформацию заготовок в радиальном направлении с одновременным выдавливанием материала внешней заготовки в зазор между опорными поверхностями торцев и формированием со стороны прикладываемого усилия уступа, после чего, на втором этапе, совмещают опорные поверхности торцев заготовок путем приложения осевого сжимающего усилия к рабочим торцам обеих заготовок и пластического течения материала внешней заготовки относительно опорного торца внутренней заготовки. Результатом является автоматизация процесса сборки составных заготовок. 5 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности, - к способам прессования составных по толщине пустотелых заготовок, с целью получения труб с плакированной рабочей поверхностью.

Известен способ прессования составных по толщине заготовок, полученных кристаллизацией плакирующего металла относительно боковой поверхности заготовки из плакируемого металла в процессе полунепрерывного литья, при котором составную заготовку нагревают, размещают на игле, устанавливают в контейнер, содержащий коническую матрицу, и прикладывают к торцу составной заготовки осевое сжимающее усилие через пресс-шайбу [см. Гильденгорн М.С. и др. Цветная металлургия, 1963, N 11, с. 35].

К недостатку известного способа следует отнести то, что он не предусматривает технологических мероприятий по обеспечению условий устойчивого прессования. В результате имеют место: разнотолщинность плакирующего слоя по периметру изделия, например, трубы; низкий коэффициент выхода годного, а также некачественная сварка из-за возможных дефектов на контактной поверхности обрабатываемых материалов в виде плен, пузырей и т.д. Использование специальных кристаллизаторов существенно сокращает их технические возможности и увеличивает себестоимость производства одного погонного метра трубы.

Известен также способ прессования, преимущественно составных заготовок с продольной слоистостью, содержащих две размещенные одна в другой равновеликие заготовки, внешняя из которых выполнена например, из менее прочного материала, при котором составную заготовку собирают с образованием на одном из торцев уступа, фиксируют заготовки одну относительно другой, далее составную заготовку нагревают, устанавливают на иглу, с последующим прессованием через коническую матрицу путем ее размещения в контейнере и приложения осевого сжимающего усилия к плоскому торцу составной заготовки через пресс-шайбу [авторское свидетельство СССР N 988399, кл. B 21 C 23/22, 1983 - прототип].

К недостатку известного способа следует отнести возможность некачественной сварки обрабатываемых материалов, т.к. технологией не предусматриваются специальные мероприятия, вызывающие процесс формирования металлических связей плакирующего и плакируемого материалов до их совместной деформации в контейнере пресса. Последнее может обуславливать пониженные, например, коррозионные характеристики рабочей поверхности трубы.

Задачей настоящего изобретения является разработка такого способа прессования составных заготовок, который бы устранял возможности некачественной сварки, обеспечивал бы требуемые геометрические размеры трубы в поперечном сечении, обеспечивал бы возможность плакирования как внутренней, так и внешней поверхности трубы при минимальной себестоимости производства погонного метра трубы.

Технический результат достигается тем, что в способе прессования, преимущественно составных заготовок с продольной слоистостью, содержащих две размещенные одна в другой разновеликие заготовки, внешняя из которых выполнена например, из менее прочного материала, при котором составную заготовку собирают с образованием на одном из торцев уступа, фиксируют заготовки одну относительно другой, далее составную заготовку нагревают, устанавливают на углу, с последующим прессованием через коническую матрицу путем ее размещения в контейнере и приложения осевого сжимающего усилия к плоскому торцу составной заготовки через пресс-шайбу, согласно изобретению, фиксирование заготовок выполняют в два этапа, на первом из которых опорные поверхности торцев заготовок размещают на некотором расстоянии друг от друга и, прикладывая осевое сжимающее усилие к рабочему торцу внешней заготовки, осуществляют совместную деформацию заготовок в радиальном направлении с одновременным выдавливанием материала внешней заготовки в зазор между опорными поверхностями торцев и формированием со стороны прикладываемого усилия уступа, после чего, на втором этапе, совмещают опорные поверхности торцев заготовок путем приложения осевого сжимающего усилия к рабочим торцам обеих заготовок и пластического течения материала внешней заготовки относительно опорного торца внутренней заготовки.

Осуществление способа прессования составных по толщине слитков позволяет обеспечить высококачественную сварку плакирующего и плакируемого материалов, требуемые геометрические размеры трубы в поперечном сечении, универсальность применения при минимальной себестоимости производства погонного метра трубы.

Это объясняется тем, что на стадии фиксирования заготовок обеспечивают сдвиговую деформацию материалов на контактной поверхности в условиях возрастающего радиального давления с формированием ювенильной (чистой) поверхности. Вторичное нагружение обрабатываемых материалов повышенным радиальным давлением обеспечит образование металлических связей на ювенильной контактной поверхности.

На фиг. 1 изображено исходное положение технологической оснастки и размещенных на ней заготовок из плакирующего и плакируемого материалов, когда их опорные поверхности торцев лежат на некотором расстоянии друг от друга; на фиг. 2 - стадия деформации заготовок в радиальном направлении с одновременным выдавливанием материала внешней заготовки в зазор между опорными поверхностями торцев и формированием уступа на заготовке; на фиг. 3 - стадия приложения осевого сжимающего усилия к рабочим торцам заготовок; на фиг. 4 - технологическая оснастка для прессования трубы и составная заготовка, обращенная уступом в сторону конической матрицы; на фиг. 5 - стадия прессования плакированной трубы.

Вариант осуществления предлагаемого к рассмотрению способа прессования составных заготовок состоит в следующем.

В нижнюю обойму 1, имеющую сквозное центральное отверстие диаметром "D" и ступенчатое отверстие диаметром "D₁" по посадке движения по отношению к последнему устанавливают стальную высокопрочную втулку 2. При этом диаметр отверстия во втулке 2 равен "D₁" и превышает диаметр "D" так, что D₁=D+2t. Далее в отверстие втулки 2 с минимальным зазором устанавливают заготовку 3 из плакирующего материала, например, алюминия марки АДО. Толщина стенки заготовки 3 равна "t", таким образом, обеспечивается требуемая соосность отверстий диаметром "D" в обойме 1 и заготовке 3. После чего в отверстие заготовки 3 с минимальным зазором устанавливают заготовку 4, например, из алюминиевого сплава марки Д16 с запрессованным в ее отверстие упором 5. Поскольку высота упора 5 превышает толщину полотна нижней обоймы 1, то обеспечивается условие, когда опорные поверхности торцев заготовок 3 и 4 лежат на некотором расстоянии "h" друг от друга. Здесь следует подчеркнуть, что рабочие торцы заготовок 3 и 4 лежат в одной плоскости.

Над рабочим торцем заготовки 3 по посадке движения по отношению к внутреннему диметру втулки 2 устанавливают втулочный пуансон 6 с толщиной стенки, равной "t". Для устранения больших упругих деформаций втулки 2 на ее верхний торец устанавливают верхнюю обойму 7 с центральным отверстием, равным D₁, и обеспечивая посадку движения на диаметре "D₂" - (фиг. 1).

Следует подчеркнуть, что контактирующие цилиндрические поверхности заготовок 3 и 4 перед сборкой проходят стандартную обработку с целью устранения различного рода дефектов и жировых пятен.

При воздействии осевым сжимающим усилием "P" на торец пуансона 6 имеет место осевая деформация сжатия заготовки 3. В результате первоначально имеет место выборка зазоров между заготовками 3 и 4 с последующим формированием поля возрастающих давлений "p" на контактной поверхности и выдавливанием части объема материала заготовки 3 в зазор "h" между опорными поверхностями торцев заготовок 3 и 4. Наличие сдвиговой деформации менее прочного материала относительно прочного материала в процессе его выдавливания обуславливает образование ювенильной (чистой) контактной поверхности. Процесс внедрения пуансона 6 в заготовку 3 завершается на стадии, когда со стороны прикладываемого усилия на заготовке будет образован уступ глубиной "h₁" (фиг. 2).

После чего в отверстие пуансона 6 устанавливают ступенчатый пуансон 8 и из технологической оснастки удаляют упор 5.

Прикладывая осевое сжимающее усилие "P₁", через пуансон 8 к рабочим торцам заготовок 3 и 4 производят дальнейшее выдавливание материала заготовки 3 относительно торца заготовки 4 в условиях уменьшающегося зазора между их опорными торцами. Последнее гарантирует увеличение радиального давления на некоторую величину "Δp". Процесс завершают на стадии, когда совмещаются опорные поверхности торцев заготовок 3 и 4.

Таким образом, на завершающей стадии выдавливания материала заготовки 3 ювенильные контактные поверхности фиксируются повышенным радиальным давлением "p + Δp", что приводит к образованию металлических связей между плакирующим и плакируемым материалами.

Необходимо подчеркнуть, что после разборок технологической оснастки будет иметь место неполная упругая разгрузка заготовки 4, что вызовет микропластические деформации материала заготовки 3 в тангенциальном направлении и формирование поля остаточных радиальных давлений величиной "p^*" (фиг. 3).

Далее составную заготовку подвергают нагреву, например, в индукционной печи. Температура нагрева и время выдержки при заданной температуре определяются из условия достаточности для реализации процесса рекристаллизации и образования в приграничном слое обрабатываемых материалов общих зерен, пересекающих поверхность контакта в перпендикулярном направлении. Таким образом, достигают условия, когда прочность приграничного слоя обрабатываемых материалов не ниже прочности материала заготовки 3.

После чего приступают к выполнению операции прессования трубы с плакированной наружной поверхностью. Для чего на иглу 9 (фиг. 4) устанавливают пресс-шайбу 10 и нагретую составную заготовку. Иглу 9 вводят в контейнер 11, где закреплена коническая матрица 12.

При воздействии усилением "P₂, через пресс-шайбу 10 первоначально только на заготовку 4 осуществляют заполнение свободного объема в контейнере 11 материалом заготовки 4. Реализуется процесс распрессовки заготовки 4 и давление на контактной поверхности увеличивается до величины "P^**" и начинается процесс прессования монотрубы (из сплава Д16).

Образование уступа позволяет на стадии прессования обеспечить устойчивость процесса совместного истечения плакирующего и плакируемого материалов и, как следствие, гарантировать требуемые геометрические размеры плакирующего слоя по периметру трубы.

Последующая после прессования термообработка плакированных труб в условиях, когда обеспечена качественная сварка плакирующего и плакируемого материалов, интенсифицирует процесс диффузии, что, в конечном итоге, и предопределяет повышенные характеристики рабочей поверхности трубы.

Опытно-промышленная проверка разработанного способа проводилась при прессовании плакированных алюминием (марки АДО) труб из алюминиевого сплава марки Д16. Заготовки имели следующие геометрические размеры: из сплава Д16: внешний диаметр - 65 мм внутренний диаметр - 55 мм длину - 100 мм из алюминия марки АДО: внешний диаметр - 165 мм внутренний диаметр - 65,5 мм длину - 108 мм Технологическая оснастка для изготовления составных заготовок изготавливалась из стали У8А по 7-му квалитету точности.

При сборке заготовок опорные поверхности их торцев располагали на расстоянии 8+0,5 мм.

Осевое сжимающее усилие на этапе выдавливания создавалось гидравлическим вертикальным прессом марки ПСУ-250 в диапазоне до 2,2 Мн, образуя ступень глубиной 25 мм. Величина радиального давления, обеспечившая совместную деформацию заготовок, составляла от 150 до 170 МПа.

Совместное перемещение заготовок на этапе выдавливания плакирующего материала в условиях уменьшающегося зазора между их торцами также выполняли на прессе ПСУ-250. Величина радиального давления при этом возрастала до 200 - 220 МПа.

Прессование плакированных труб выполняли на горизонтальном гидравлическом прессе, развивающем максимальное усилие в 16 Мн. Нагретые в индукционной печи составные заготовки прессовали прямым методом с подвижной иглой через коническую матрицу (угол конусности 135^o) с диаметром отверстия равным 56,0 мм. Диаметр иглы составлял 48,0 мм.

Отпрессованные 20 метров плакированных труб с поперечным сечением 56,0 х 4,0 мм показали полное соответствие требованиям производства, технологическую отработанность, что позволяет процесс сборки составных заготовок автоматизировать.

Изобретение может быть использовано при получении нефтепроводных труб, труб для угольной и пищевой промышленности и т.д.

Формула изобретения

Способ прессования преимущественно составных заготовок с продольной слоистостью, содержащих две размещенные одна в другой разновеликие заготовки, внешняя из которых выполнена, например, из менее прочного материала, при котором составную заготовку собирают с образованием на одном из торцов уступа, фиксируют заготовки одну относительно другой, далее составную заготовку нагревают, устанавливают на иглу с последующим прессованием через коническую матрицу путем ее размещения в контейнере и приложения осевого сжимающего усилия к плоскому торцу составной заготовки через пресс-шайбу, отличающийся тем, что фиксирование заготовки выполняют в два этапа, на первом из которых опорные поверхности торцов заготовок размещают на некотором расстоянии одна от другой и, прикладывая осевое сжимающее усилие к рабочему торцу внешней заготовки, осуществляют совместную деформацию заготовок в радиальном направлении с одновременным выдавливанием материала внешней заготовки в зазор между опорными поверхностями торцов и формированием со стороны прикладываемого усилия уступа, после чего на втором этапе совмещают опорные поверхности торцов заготовок путем приложения осевого сжимающего усилия к рабочим торцам обеих заготовок и пластического течения материала внешней заготовки относительно опорного торца внутренней заготовки.

РИСУНКИ

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