Устройство обжима оконечностей трубной заготовки в горловины сосуда давления

Устройство обжима оконечностей трубной заготовки в горловины сосуда давления относится к области машиностроения. Устройство обжима с нагревом оконечностей трубной заготовки в горловины сосуда давления содержит источник осевой силы, нагреватель и матрицу, снабженную дорном. Матрица укреплена в ванне кипящего вещества с температурой кипения, соответствующей сверхпластичности материала трубной заготовки. Ванна оснащена ультразвуковым генератором. Теплообменник матрицы в непосредственной близости зеркала кипящего вещества вертикально базирует трубную заготовку, взаимодействующую с источником осевой силы. Обеспечивается повышение качества структуры материала, обжатого в горловины сосуда давления. 1 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, к области формоизменения тонкостенных оболочек, непосредственно к устройству для обжима и раздачи оконечности трубной заготовки с нагревом в горловину сосуда давления.

Предназначается для обжима оконечностей трубных заготовок мелкозернистого металла и сплава, преимущественно на основе железа и его легированных сплавов - нержавеющих сталей.

Известны различные устройства для обжима оконечностей стальных труб с нагревом. Это свободная ковка оконечности заготовки молотом, закатка роликом на станке, обжим осевой силой в матрице прессом.

Известно устройство обжима оконечности трубной заготовки осевой силой с дифференцированным нагревом в матрице (1, с.429).

Недостатком этого устройства является дифференцированный нагрев оконечности заготовки, что не гарантирует необходимого качества структуры деформированного металла.

Известно устройство для обжима и раздачи труб с нагревом, содержащее источник осевой силы, нагреватель и матрицу, снабженную дорном (2).

Недостатком этого устройства являются трудности достижения нагревателем стабильной температуры материала оконечности трубной заготовки при обжиме осевой силой в матрице, снабженной дорном, что также не гарантирует необходимого качества структуры деформированного металла.

Стоит задача повысить качество структуры деформированного металла.

Задача повышения качества структуры деформированного металла оконечности трубной заготовки при обжиме осевой силой с нагревом в матрице с дорном решается следующим образом.

В устройстве для обжима и раздачи труб с нагревом, содержащем источник осевой силы, нагреватель и матрицу, снабженную дорном, матрица укреплена в ванне кипящего вещества с температурой кипения, соответствующей сверхпластичности материала трубной заготовки, причем ванна оснащена ультразвуковым генератором, а теплообменник матрицы в непосредственной близости зеркала кипящего вещества вертикально базирует трубную заготовку, взаимодействующую с источником осевой силы.

На приведенном чертеже показан разрез устройства.

Устройство состоит из матрицы 1 с дорном 2, теплообменником 3 и дренажными отверстиями 4, ванны 5 с зеркалом 6 кипящего вещества, нагревателем 7 и ультразвуковым генератором 8. Позицией 9 обозначен источник осевой силы, а позицией 10 - трубная заготовка.

Устройство работает следующим образом.

Трубная заготовка 10 перемещается грузоподъемным механизмом (на чертеже не показано).

Матрица 1 с дорном 2 и теплообменником 3 укреплена в ванне 5, которая снаружи оснащена нагревателем 7 и ультразвуковым генератором 8.

Ванна 5 заполнена кипящим веществом, над зеркалом 6 которого располагается теплообменник 3 матрицы 1.

Известно медленное деформирование мелкозернистых металлов и сплавов в состоянии сверхпластичности, которое возникает в интервале высокой температуры от 0,7 до 0,8 температуры плавления мелкозернистого металла или сплава и при температурах несколько ниже температур фазовых превращений, а также наложение ультразвука на процесс деформирования повышает интервал сверхпластичности.

Известны температуры кипения воды tкип.=100°С, глицерина tкип.=290°С, серы tкип.=444,67°С, цинка tкип.=906°С, магния tкип.=1095°С и других веществ как величины постоянные при нормальном атмосферном давлении.

На основании изложенного трубная заготовка 10 грузоподъемным механизмом вертикально базируется в теплообменнике 3 матрицы 1 и осевой силой 9 в виде гравитационной малой скоростью через зеркало 6 оконечностью погружается в кипящее вещество температурой кипения, соответствующей сверхпластичности материала трубной заготовки 10, достигает состояния сверхпластичности и в матрице 1, оснащенной дорном 2, взаимодействует с источником осевой силы 9 и потоком ультразвука генератора 8, где происходит обжим оконечности заготовки 10 в горловину сосуда давления с высоким качеством структуры деформированного металла. Дополнительно качество структуры металла повышается при раздаче дорном 2 отверстия горловины при извлечении заготовки 10 из матрицы 1 грузоподъемным механизмом.

Пример реализации устройства.

Трубная заготовка 10 нержавеющей стали tпл.=1300°С, g=7,8, b=10, d=1420, l=10000, m=7,8×10×3,14×1420×10000, интервал температуры сверхпластичности tc/п=0,7×1300×0,8×1300=910...1040°С.

Температура tкип.=906 С цинка наиболее близка интервалу температуры сверхпластичности tc/п=910...1040°С нержавеющей стали.

Наложение на процесс ультразвука 16÷30 кГц генератора 8 увеличивает у нержавеющей стали интервал до tc/п=800...1100°С, что согласуется с tкип.=906°С цинка.

Нержавеющей стали трубная заготовка 10 интервалом tc/п=800...1100°C грузоподъемным механизмом вертикально базируется в теплообменнике 3 матрицы 1, укрепленной в ванне 5 с кипящим цинком tкип.=906°С, и гравитационной силой 9 малой скоростью через зеркало 6 оконечностью погружается в кипящий цинк, достигает сверхпластичности и в матрице кругового контура 1, оснащенной дорном 2, взаимодействует с источником гравитационной силы 9 и встречным потоком ультразвука генератора 8, обжимается в горловину b×d×l=50×142×200 с высоким качеством структуры деформированной стали. Дополнительно качество структуры сплава повышает раздача отверстия горловины дорном 2 при извлечении заготовки 10 из матрицы 1.

Источники информации

1. Технологичность конструкции изделия. Справочник. Ю.Д. Амиров и др. - М.: Машиностроение, 1990, с.429.

2. SU 1459779, кл. B21D 41/00, 23.02.1989 - прототип.

Устройство обжима с нагревом оконечностей трубной заготовки в горловины сосуда давления, содержащее источник осевой силы, нагреватель и матрицу, снабженную дорном, отличающееся тем, что матрица укреплена в ванне кипящего вещества с температурой кипения, соответствующей сверхпластичности материала трубной заготовки, причем ванна оснащена ультразвуковым генератором, а теплообменник матрицы в непосредственной близости зеркала кипящего вещества вертикально базирует трубную заготовку, взаимодействующую с источником осевой силы.