Конструкция биметаллического воротникового фланца и инструмент для штамповки его на прессе двойного действия

 

Предложенное решение относится к металлургической промышленности и арматуростроению и позволяет на современном технологическом уровне выпускать воротниковые фланцы из биметалла, при этом трубная часть состоит из коррозинностойкой нержавеющей стали, а фланцевая часть - из углеродистой или малолегированной конструкционной стали, а переходный слой на границе двух металлов представляет собой монолитную упрочненную структуру. Отличительной особенностью инструмента является наличие угла (d) на торце наружного пуансона, обеспечивающего перемещение металла не только в сторону оси фланца, но и вверх, что при отбортовке значительно уменьшает утяжину в зоне перехода горизонтальной поверхности фланца в цилиндрическую поверхность втулочной части. Углы (f) и (h) на поверхности внутреннего пуансона последовательно и плавно обеспечивают отбортовку металла и утонение стенки втулочной части фланца с минимальной утяжиной в верхней части отверстия.

2 н.п.ф-лы, 3 з.п.ф-лы.4 илл.

Предложенное решение относится к металлургической промышленности и арматуростроению и позволяет на современном технологическом уровне выпускать воротниковые фланцы из биметалла.

Известны способы получения воротниковых фланцев методами штамповки на молотах, кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП) и гидравлических прессах.

Однако данные способы характеризуются сложностью процесса, значительными энергозатратами и высокой себестоимостью получаемых изделий при недостаточных потребительских свойствах и долговечности.

Известен также способ штамповки воротниковых фланцев из кольцевых заготовок на гидравлических прессах двойного действия см.патент Станкина №2245211: RU, №2245211, МПК7 В 21 К 21/00 Дата публикации: 2005.01.27 , Дата подачи заявки: 2003.04.04, «СПОСОБ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ ФЛАНЦА СО ВТУЛКОЙ», согласно которому:

«Из кольцевой заготовки путем осадки в штампе наружным пуансоном получают полуфабрикат с фланцем. Затем осуществляют формовку полуфабриката внутренним пуансоном с конической частью и цилиндрической поверхностью с созданием в материале полуфабриката сдвиговых деформаций. В результате формовки получают втулку. Данный способ обеспечивает упрощение технологии изготовления фланца со втулкой, повышение производительности и снижение металлоемкости».

Однако и указанное решение характеризуется сложностью процесса, значительными энергозатратами и высокой себестоимостью получаемых изделий при недостаточных потребительских свойствах и долговечности.

В соответствии с ГОСТ 12821-80 воротниковые фланцы изготавливаются из углеродистых сталей: сталь 20, сталь 09 ГС 2 и нержавеющих сталей типа 12Х18Н10Т и др. При этом стоимость фланцев из нержавеющих сталей более чем в 5 раз дороже фланцев из углеродистых сталей.

В целях снижения стоимости фланца изготовляемого из нержавеющей стали, предлагается новая конструкция воротниковего фланца, у которого втулочная часть, примыкающая к нержавеющей трубе изготовлена из нержавеющей коррозионностойкой стали, а фланцевая часть из углеродистой или малолегированной конструкционной стали. Таким образом, функциональное назначение фланца обеспечивается втулочной (трубной) частью, по которой проходит поток жидкости или газа внутри коррозионностойкой оболочки, а силовая часть фланцевого соединения может быть изготовлена из углеродистой стали, поскольку не контактирует с транспортируемыми по трубе газом или жидкостью. При этом кольцевой полуфабрикат получают отрезкой из биметаллической трубы, изготовленной методом центробежного литья. По мнению заявителя, патент №2245211 можно рассматривать в качестве прототипа к заявленному решению.

Техническая задача состоит в снижении энергозатрат и соответственно снижении себестоимости изготовления воротниковых фланцев из биметалла взамен цельнометаллических из дорогостоящей нержавеющей стали и обеспечении повышенных потребительских свойств и долговечности.

Указанная техническая задача реализуется с использованием следующей совокупности существенных признаков.

Конструкция биметаллического воротникового фланца, включающая фланцевую часть и трубную часть, при этом

трубная часть состоит из коррозинностойкой нержавеющей стали, а фланцевая часть - из углеродистой или малолегированной конструкционной стали, причем переходный слой на границе двух металлов представляет собой монолитную упрочненную структуру.

Инструмент для штамповки воротникового фланца на прессе двойного действия, включающий взаимодействующие с матрицей и трубной биметаллической заготовкой, внутренний пуансон и наружный пуансон, причем на торце наружного пуансона сформирована коническая поверхность, большим основанием конуса обращенная к матрице, на внутреннем пуансоне дополнительно к цилиндрической части, с противоположного торца, на заходной части сформирована коническая поверхность, большим основанием обращенная встречно большему основанию конической поверхности наружного пуансона, на внутреннем пуансоне в направлении к цилиндрическому торцу приложения силы отбортовки от заходной части сформирована дополнительная коническая поверхность, большим основанием обращенная встречно большему основанию конической поверхности наружного пуансона, при этом

- угол конусной поверхности, сформированной на торце наружного пуансона составляет 12-20 градусов к большему основанию, угол конусной поверхности, сформированной на внутреннем пуансоне на заходной части составляет 2-5 градусов к осевой линии, угол конусной поверхности, сформированной на дополнительной конической поверхности составляет 10-18 градусов к осевой линии;

- цилиндрическая часть внутреннего пуансона выполнена с диаметром, равным диаметру условного прохода (Dy) воротникового фланца.

Предложение поясняется графически.

Фиг. 1 - биметаллическая кольцевая заготовка.

Фиг.2 - полученный штамповкой биметалический воротниковый фланец.

Фиг.3 - операция осадки.

Фиг.4 - операция отбортовки.

На фигурах обозначены:

внутренний слой трубы из нержавеющей стали - (а); наружный слой трубы из углеродистой стали - (b); внутренний пуансон - 1; наружный пуансон - 2; заготовка - 3; матрица - 4; полуфабрикат - 5; контур готовой поковки фланца-6; диаметр проходного отверстия - (Dу); сила осадки - (Рос); сила отбортовки - (Р).

Кольцевая заготовка примерно на 1/3 по массе состоит из нержавеющей стали в виде внутреннего слоя трубы-(а) и наружного слоя -(b) из углеродистой или малолегированной конструкционной стали (фиг.1). При этом переходный слой на границе двух металлов представляет монолитную структуру, образующуюся при изготовлении трубной заготовки центробежным литьем.

Во время горячей деформации переходный слой в основном испытывает напряжения сжатия, во время осадки с вытеснением металла вовнутрь, что является благоприятным нагруженном при течении металла во втулочную часть и не приводит к нарушениям сплошности металла.

Распределение металлов (а),(Ь) сохраняется и на сформированной детали - воротниковом фланце (фиг.2).

Отличительной особенностью инструмента (по сравнению с инструментом по патенту №2245211) является наличие угла (d) на торце наружного пуансона, обеспечивающего перемещение металла не только в сторону оси фланца, но и вверх, что затем при отбортовке значительно уменьшает утяжину в зоне перехода горизонтальной поверхности фланца в цилиндрическую поверхность втулочной части. Это позволяет не обрабатывать внутреннюю поверхность с диаметром проходного отверстия (Dy), и сократит расход металла, см. операция осадки (фиг.3)

Углы (f) и (h) на боковой поверхности внутреннего пуансона прикрепленного к внутреннему ползуну гидравлического пресса последовательно и плавно обеспечивают отбортовку металла и утонение стенки втулочной части фланца с минимальной утяжиной в верхней части отверстия, см. операция отбортовки (фиг.4).

Где f-угол конусной поверхности, сформированной на внутреннем пуансоне на заходной части и составляет 2-5 градусов к осевой линии.

Где h-угол конусной поверхности, сформированной на дополнительной конической поверхности и составляет 10-18 градусов к осевой линии.

Предложенная конструкция биметаллического воротникового фланца и инструмента для штамповки его на прессе двойного действия, имеет целью снижение энергозатрат и стоимости фланца.

Для формирования фланца используют заготовку, образовавшуюся при изготовлении биметаллической трубы заготовки методом центробежного литья и упрочненную при последующей горячей штамповке.

На заготовку воздействуют наружным пуансоном 2, силой (Рос) - сила осадки, а также - внутренним пуансоном 1, силой (Р) - сила отбортовки. Предлагаемые конструктивные решения используются в целях предотвращения появления утяжины при осадке кольцевой заготовки и отбортовки с утонением, при этом предусмотрены конусная полость на торце осадочного наружного пуансона с углом конуса, в частном случае, (d) равным не менее 12-20 градусов к большему основанию конуса, конусная часть на заходной части внутреннего пуансона с углом конуса (f) равным 2-5 градусов к осевой линии с переходом на угол (h), равный 10-18 градусов к осевой линии и цилиндрическая часть с диаметром равным диаметру условного прохода (Dy) воротникового фланца.

Последовательность деформирования кольцевой заготовки 3 обеспечивается с использованием гидравлического пресса двойного действия.

Сначала наружный пуансон 2 производит осадку заготовки с силой (Рос), а затем внутренний пуансон 1 производит отбортовку с утонением втулочной части фланца до диаметра (Dy).

При этом во время осадки металл вытесняется в направлении оси фланца и вверх под углом (d) с получением контура полуфабриката (5) с внутренней частью из нержавеющей стали.

Во второй стадии деформирования металл деформируется внутренним пуансоном 1 с силой (Р) и течет в направлении втулочной части. Таким образом, предложенная конструкция биметаллического воротникового фланца и инструмента для штамповки его на прессе двойного действия, обеспечивает снижение энергозатрат и стоимости фланца, обеспечение повышенных потребительских свойств и долговечности, за счет того, что втулочная часть фланца состоит из коррозинностойкой нержавеющей стали, а фланцевая часть из углеродистой или малолегированной конструкционной стали, причем переходный слой на границе двух металлов представляет собой монолитную структуру, образовавшуюся при изготовлении трубной заготовки методом центробежного литья и упрочненную при горячей штамповке, а конструкция

инструмента в целях предотвращения появления утяжины при осадке кольцевой заготовки и отбортовки с утонением предусматривает конусную полость на торце осадочного наружного пуансона с углом конуса (d) равным 12-20 градусов и конусную часть на заходной части внутреннего пуансона с углом конуса (f), составляющим 2-5 градусов к осевой линии с переходом на угол (h), составляющим 10-18 градусов к осевой линии и цилиндрическую часть с диаметром, равным диаметру условного прохода (Dy) воротникового фланца.

1. Конструкция биметаллического воротникового фланца, включающая фланцевую часть и трубную часть, отличающаяся тем, что трубная часть состоит из коррозионностойкой нержавеющей стали, а фланцевая часть - из углеродистой или малолегированной конструкционной стали, причем переходный слой на границе двух металлов представляет собой монолитную упрочненную структуру.

2. Инструмент для штамповки воротникового фланца на прессе двойного действия, включающий взаимодействующие с матрицей и трубной биметаллической заготовкой, внутренний пуансон и наружный пуансон, отличающийся тем, что на торце наружного пуансона сформирована коническая поверхность, большим основанием конуса обращенная к матрице, на внутреннем пуансоне дополнительно к цилиндрической части, с противоположного торца, на заходной части сформирована коническая поверхность, большим основанием обращенная встречно большему основанию конической поверхности наружного пуансона, на внутреннем пуансоне в направлении к цилиндрическому торцу приложения силы отбортовки от заходной части сформирована дополнительная коническая поверхность, большим основанием обращенная встречно большему основанию конической поверхности наружного пуансона.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что угол конусной поверхности, сформированной на торце наружного пуансона составляет 12-20° к большему основанию, угол конусной поверхности, сформированной на внутреннем пуансоне на заходной части составляет 2-5° к осевой линии, угол конусной поверхности, сформированной на дополнительной конической поверхности составляет 10-18° к осевой линии.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что цилиндрическая часть внутреннего пуансона выполнена с диаметром, равным диаметру условного прохода (Dy) воротникового фланца.



 

Похожие патенты:

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к серийному и массовому производству баллонов высокого давления (до 19,6 МПа), используемых в различных отраслях народного хозяйства для хранения и транспортировки сжатых и сжиженных газов, хладонов в системах пожаротушения, в том числе для углекислотных огнетушителей.

Полезная модель относится к автоматическим линиям для получения трубных заготовок и может быть использована в машиностроении при производстве трубных заготовок теплообменников из металлических труб (бесшовных, профильных, толстостенных, тонкостенных, квадратных и круглых большого диаметра). Цель разработки - повышение эксплуатационных свойств.

Биметаллическая заготовка для радиаторов системы отопления относится к области металлургии, в частности к получению биметаллических материалов. Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в повышении надежности биметаллической заготовки при сохранении чистоты плакирующего слоя.
Наверх