Способ инерционной штамповки труб



Способ инерционной штамповки труб
Способ инерционной штамповки труб
Способ инерционной штамповки труб
Способ инерционной штамповки труб
Способ инерционной штамповки труб
Способ инерционной штамповки труб
Способ инерционной штамповки труб
Способ инерционной штамповки труб
Способ инерционной штамповки труб

 


Владельцы патента RU 2401715:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П.А. Соловьева" (RU)

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам изготовления полых изделий. Трубную заготовку устанавливают в матрицу, заполняют полость трубной заготовки жидкостным наполнителем. Создают гидростатическое давление наполнителя путем вращения штампа с трубной заготовкой вокруг оси заготовки. Минимально необходимую угловую скорость вращения трубной заготовки определяют по приведенной в формуле изобретения зависимости. Наполнитель в полости трубной заготовки гидравлически связывают через обратный клапан с емкостью, содержащей наполнитель. В процессе формоизменения заготовки к ее торцам прикладывают осевую нагрузку. Уменьшается давление наполнителя за счет вовлечения в процесс формоизменения трубной заготовки массы ее стенок. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам изготовления полых изделий из трубных заготовок.

Известен способ изготовления полых деталей, имеющих переменные вдоль оси площади радиальных сечений, раздачей стенок трубной заготовки в радиальном направлении, включающий в себя установку заготовки в матрицу, заполнение полости заготовки пластичным или жидкостным наполнителем, создание в полости заготовки высокого гидростатического давления наполнителя путем уменьшения объема полости заготовки при внедрении в ее полость жесткого пуансона или созданием давления наполнителя от внешнего источника, например мультипликатора (Экономичные методы формообразования деталей. /Под ред. К.Н.Богоявленского, В.Б.Риса. - Л.: Лениздат, 1984, стр.81…82, рис.3.9, рис.3.10).

Недостатком известного способа является то, что трубная заготовка непосредственно не способствует своему формоизменению и противодействует этому всеми своими прочностными и иными ресурсами, «требуя» для своего формоизменения повышенного давления наполнителя. Кроме того, для реализации известного способа возникает необходимость в привлечении прессового оборудования для обеспечения перемещения пуансона в полость заготовки и создания гидростатического давления наполнителя или оснащении устройства для его реализации источниками высокого гидростатического давления, например, мультипликаторами.

Известны также способы транспортировки жидкости во вращающихся сосудах, вращение трубопроводов с жидкостью вокруг оси трубопровода, при которых на стенки сосуда или трубопровода действует сила инерции вращающейся жидкости, создавая давление на стенки (Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. Справочное пособие, издание 2-е. М.: Машиностроение, 1971. Стр.77…78). Кроме того, известно, что при вращении сосуда или трубопровода в их стенках возникают дополнительные растягивающие напряжения, вызванные силами инерции материала стенок сосуда или трубопровода (Беляев Н.М. Сопротивление материалов. Издание 5-е. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы. Стр.491…492).

Известно также устройство для центробежной формовки полых деталей, содержащее резервуар с рабочей средой, жестко закрепленный на вертикальном валу, связанном с приводом вращения, причем резервуар выполнен с конической внутренней поверхностью, а устройство снабжено жестко закрепленными внутри резервуара в радиальном направлении не менее чем двумя рабочими лопатками, жестко закрепленным на открытом торце резервуара барабаном с радиальными выемками и расположенными в них сменными матрицами и прижимами, имеющими горизонтальную ось симметрии, а в качестве рабочей среды использована металлическая дробь (SU 1214280 A, B21D 26/02, 28.02.1986, 3 с.).

Недостаток известного технического решения заключается в следующем. Область применения известного способа формовки полых деталей, реализуемого известным устройством, ограничена лишь областью формоизменения плоских или изогнутых незамкнутых заготовок, не позволяя деформировать трубные заготовки. Его реализация путем придания резервуару с рабочей средой вращения в горизонтальной плоскости, то есть лишь при вертикальном расположении оси вращения рабочей среды, вызывает градиент центробежных сил в вертикальном направлении, прикладываемых к формуемой заготовке, обусловленном гравитационными силами, действующими на вращающуюся рабочую среду. Это приводит к нарушению симметричности приложения к заготовке деформирующих нагрузок прямо пропорционально увеличению габаритов штампуемых заготовок в вертикальном направлении и требует применения дополнительных технических мероприятий по нейтрализации асимметрии условий деформирования заготовки. Это повышает трудоемкость реализации известного технического решения.

Недостатком известных способов, с точки зрения обработки металлов давлением, является то, что действующие при этом напряжения от инерционных сил, возникающие во вращающихся стенках сосуда (или трубопровода), а также и вращающегося наполнителя, ограничивают упругой областью, не допуская пластическое деформирование или хрупкое разрушение стенок оболочки, ограничивающей наполнитель.

Технический результат выражается в уменьшении давления наполнителя в связи с вовлечением в процесс формоизменения трубной заготовки массы ее стенок.

Технический результат достигается тем, что определяют угловую скорость вращения штампа с трубной заготовкой для перевода ее материала в пластическое состояние по зависимости:

где Rв - внутренний радиус трубной заготовки, мм;

g - ускорение силы тяжести, мм/сек2;

β - коэффициент, равный 1,155, учитывающий влияние среднего главного напряжения;

σт - предел текучести материала трубной заготовки, кг/мм2;

S - толщина стенки трубной заготовки, мм;

γ - объемный вес наполнителя, кг/мм3.

Наполнитель в полости трубной заготовки гидравлически связывают через обратный клапан с емкостью, содержащей наполнитель, в процессе формоизменения заготовки к ее торцам прикладывают осевую нагрузку

Новым в изобретении является то, что определяют угловую скорость вращения штампа с трубной заготовкой для перевода ее материала в пластическое состояние по зависимости:

где Rв - внутренний радиус трубной заготовки; мм; g - ускорение силы тяжести, мм/сек2; β - коэффициент, учитывающий влияние среднего главного напряжения (β=1,155); σт - предел текучести материала трубной заготовки, кг/мм2;

S - толщина стенки трубной заготовки, мм; γ - объемный вес наполнителя, кг/мм3, при этом наполнитель в полости трубной заготовки гидравлически связывают через обратный клапан с емкостью, содержащий наполнитель, а в процессе формоизменения заготовки к ее торцам прикладывают осевую нагрузку.

На прилагаемых чертежах изображено:

Фиг.1. Этап установки трубной заготовки с наполнителем в штамп;

Фиг.2. Вариант 1. Исходное положение трубной заготовки с наполнителем перед формоизменением заготовки;

Фиг.3. Вариант 1. Заключительный этап деформирования заготовки;

Фиг.4. Вариант 1. Сечение А-А фиг.3;

Фиг.5. Вариант 2. Исходное положение трубной заготовки перед формоизменением с наложением на заготовку осевой нагрузки;

Фиг.6. Вариант 2. Заключительный этап деформирования заготовки.

Предлагаемый способ по первому варианту реализуют следующим образом. Трубную заготовку 1 (фиг.1) помещают в полуматрицу 2 и одевают на пуансон 3, который гидравлически через трубопровод 4 и обратный клапан 5 связан с емкостью. В полость заготовки 1 помещают жидкотекучий наполнитель 6, преимущественно имеющий высокий удельный вес, например концентрированный раствор соли. Затем на заготовку 1 одевают полуматрицу 7 с пуансоном 8. Собранный таким образом штамп с трубной заготовкой и наполнителем устанавливают в устройство 9 (фиг.2), способное придать штампу вращательное движение, например в патрон токарного или шлифовального станка. При этом штамп может быть поджат силой Р в осевом направлении, например через шарик 10 и опору 11 к патрону устройства. Включают кнопку «пуск», сообщая штампу с трубной заготовкой вращательное движение, например, по стрелке М (фиг.3), минимальная угловая скорость вращения которого определяется зависимостью

где Rв - внутренний радиус трубной заготовки, мм;

g - ускорение силы тяжести, мм/сек2;

β - коэффициент, равный 1,155, учитывающий влияние среднего главного напряжения;

σт - предел текучести материала трубной заготовки, кг/мм2;

S - толщина стенки трубной заготовки, мм;

γ - объемный вес наполнителя, кг/мм3.

При этом под действием центробежной силы со стороны наполнителя 6 в последнем возникает давление q (фиг.4), приложенное к внутренней стенке трубной заготовки, переводящее материал заготовки в пластическое состояние.

Пример: Определим потребное число оборотов трубной заготовки для перевода ее в пластическое состояние при следующих исходных данных:

Rв=50 мм; g=9,8 м/сек2=9800 мм/сек2; β=1,155; σт=15 кг/мм2; S=0,3 мм; γ=0,000013 кг/мм3. Подставив значения в вышеприведенное выражение, определим: ω=250 рад/сек, а n=60 ω/2π=2387 об/мин.

Дополнительно масса стенок вращающейся трубной заготовки оказывает активное влияние на процесс ее формоизменения вследствие возникновения силы инерции центростремительного ускорения. В первом приближении величину дополнительных растягивающих напряжений, возникающих от сил инерции стенок вращающейся трубной заготовки, можно определить по выражению: , где γ - удельный вес материала заготовки, D - текущее значение диаметра формоизменяемой зоны трубной заготовки (Беляев Н.М. Сопротивление материалов. Изд. 5-е. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы. Стр. 491…492).

При значительном перемещении стенки заготовки в радиальном направлении вращающийся наполнитель в сечении А-А (фиг.3) теряет сплошность, заполняя кольцевое пространство, как показано на фиг.4, создавая разряжение в центральной зоне и снижая тем самым величину развиваемого давления q. Для устранения этого полость заготовки в процессе ее деформирования может быть гидравлически связана, например, через трубопровод 4 (фиг.3) и обратный клапан 5 с емкостью наполнителя, находящегося под атмосферным давлением.

Для повышения технологических возможностей предлагаемого способа целесообразно в процессе штамповки трубной заготовки на ее торцы наложить сжимающие нагрузки, способствующие ее формоизменению. Для этого по второму варианту реализации способа штамп оснащают подвижной в осевом направлении матрицей, состоящей из полуматриц 12, 13 (фиг.5), имеющей возможность перемещения по направляющим 14, левый конец которых жестко заделан в корпусе 15. В исходном положении подвижная матрица поджата к левому пуансону 16 пружиной 17, а торцы ступенчатых пуансонов 16 и 18 обеспечивают контакт с торцами трубной заготовки.

При реализации способа к пуансону 16 (фиг.6), как и в первом варианте, прикладывают силу Р, величина которой обеспечивает устойчивость стенок трубной заготовки. При наложении на штамп вращательного момента М по мере увеличения давления наполнителя на стенки заготовки 1 силу Р увеличивают, осуществляя подпор торцов трубной заготовки. При этом подвижная матрица под действием силы Р смещается влево. Это позволяет повысить степень формоизменения трубной заготовки.

Предложенный способ инерционной штамповки труб позволяет вовлечь в процесс формоизменения трубной заготовки массу ее стенок, исключить применение традиционного штамповочного оборудования, имеет свою технологическую нишу и может найти применение в различных отраслях промышленности, в частности при формоизменении трубных заготовок в условиях невесомости.

Способ инерционной штамповки труб, включающий установку трубной заготовки в матрицу штампа, заполнение полости трубной заготовки пластичным или жидкостным наполнителем, создание в полости трубной заготовки высокого гидростатического давления наполнителя путем вращения штампа с трубной заготовкой с наполнителем вокруг оси заготовки, отличающийся тем, что определяют угловую скорость вращения штампа с трубной заготовкой для перевода ее материала в пластическое состояние по зависимости:
,
где Rв - внутренний радиус трубной заготовки, мм;
g - ускорение силы тяжести, мм/с2;
β - коэффициент, равный 1,155, учитывающий влияние среднего главного напряжения;
σт - предел текучести материала трубной заготовки, кг/мм2;
S - толщина стенки трубной заготовки, мм;
γ - объемный вес наполнителя, кг/мм3.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что наполнитель в полости трубной заготовки гидравлически связывают через обратный клапан с емкостью, содержащей наполнитель.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в процессе формоизменения трубной заготовки к ее торцам прикладывают осевую нагрузку.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области обработки давлением, в частности к получению отверстий на оболочках знакопеременной кривизны. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении оболочек путем свободной формовки из листовых заготовок из титанового сплава в условиях сверхпластичности, широко используемых в технике в качестве таких изделий, как, например, сосуды давления топливных систем космических аппаратов, баллоны для транспортировки сжиженных газов, буи радиоантенн, поплавки для уровнемеров.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к изготовлению контейнеров. .

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении гидроформованием осевого компонента, в частности рычага подвески автомобиля.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности может быть использовано при изготовлении профилированного металлического листа компонента для обработки отработавших газов давлением текучей среды.

Изобретение относится к листовой штамповке, в частности к устройствам для изготовления предохранительных хлопающих мембран. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к штамповке эластичной средой, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения при изготовлении деталей из трубчатых заготовок.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении технологических машин для осуществления операций штамповки. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в различных областях машиностроения при изготовлении соединительных деталей сварных трубопроводов

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к механической обработке давлением листового материала методом газостатической формовки в режиме сверхпластического течения материала

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении гидроштамповкой сложных полых изделий с пересекающимися осями, например тройников

Изобретение относится к способу, используемому для производства деталей системы выпуска отработанных газов, деталей системы подвески, деталей корпусной системы и т.д

Изобретение относится к изготовлению конструктивных узлов заданной конфигурации из пакета титановых сплавов сверхпластическим формованием

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к пневмотермической формовке деталей из листовых заготовок

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для термовакуумной обработки изделий в управляемом температурном поле с целью высокоточного исполнения технических параметров склеиваемых или формуемых многослойных изделий из композиционных материалов и легких сплавов, отверждающихся при температурах выше температуры окружающей среды

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке материалов резанием при помощи струи воды

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности, для получения деталей типа днищ листовой штамповкой

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к листовой штамповке, и может быть использовано при получении днищ различной формы
Наверх