СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЫХ МНОГОСЛОЙНЫХ ДЕТАЛЕЙ С ОТВОДАМИ
METHOD OF PRODUCING HOLLOW MULTILAYER PARTS WITH BRANCH PIPES

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в различных областях машиностроения при изготовлении соединительных деталей (тройников, крестовин) сварных трубопроводов, в частности для трубопроводных систем высокого давления жидкости и газа, к которым предъявляются повышенные требования надежности, особенно в пневмо- и гидросистемах ракетно-космической техники.
Известен способ изготовления сильфонного компенсатора, выполненного из тонкостенных оболочек, включающий вытяжку за несколько операций трубной заготовки до заданной толщины, специальную термообработку после каждой операции вытяжки, гофрирование пакета заготовок тоже за несколько операций, термообработку после каждой операции гофрирования, сварку концевых участков сильфона с силовыми кольцами и контроль межслойной герметичности (патент РФ №2164188 МКИ В21D 15/00 С2).
Этот способ, в основе которого лежит многоступенчатый процесс вытяжки, позволяет изготовить многослойную деталь, обладающую высокой стойкостью в газовой среде высокой температуры и давления.
Недостаток этого способа - невозможность получить деталь с отводами, образование в оболочках микротрещин и микропор в процессе вытяжки и гофрирования, что повышает газовую проницаемость металла детали в условиях повышенных давлений, вероятность неполной адгезии слоев оболочек, а также трудоемкость технологического процесса.
Известен способ гидравлического формирования полых деталей, позволяющий более полно по сравнению с простым растяжением или волочением использовать пластические свойства материалов. Для деталей, изготовленных способом гидравлического формирования, отмечается высокая равномерность свойств по металлу, при этом удается не только избежать образования микро - «макроэффектов», но и «залечить» их в деформируемом материале /см. кн. К.Н.Богоявленский и др. «Гидропластическая обработка металлов». - Л.: Машиностроение, Ленинградское отд-ние; София: Техника, 1988. - 256 с. (см. с. 129)/. Особенно эффективно использование этого способа для изготовления деталей, у которых необходима максимальная равномерность и повышенный уровень физико-механических свойств. Например, гидростатическое выдавливание закаленной конструкционной стали 30ХГСН2А позволяет получить материал с пределом прочности более 2000 МПа /см. кн. К.Н.Богоявленский и др. «Гидропластическая обработка металлов». - Л.: Машиностроение, Ленинградское отд-ние; София: Техника, 1988. - 256 с. (см. с.104)/.
Известен способ гидравлического формирования полых деталей, равнопрочных с исходной трубой, когда изготовление детали выполняют в разъемной матрице с разъемными и поперечными каналами путем пластического деформирования трубной заготовки под действием давления наполнителя на внутреннюю поверхность заготовки и одновременную ее торцевую осадку (патент RU №2205713 МКИ В21C 37/29 С2).
Способ позволяет изготовить деталь с отводами, равнопрочную с исходной трубой, методом гидравлического формирования. Требуемая деталь изготавливается за два последовательных перехода гидравлического формирования на установке гидравлического формирования тройников и крестовин УФТК-50 (патент RU №2149723 МКИ В21С 37/29, 31/00 C1).
Практическое использование этого способа позволило выявить его недостатки:
- в центральной сферической части тройников и крестовин в момент второго перехода гидравлического формирования образуются сглаженные впадины;
- из-за перераспределения металла для формирования сферы толщина стенок тройников и крестовин уменьшается на 26-30% по сравнению с толщиной стенки исходной трубы;
- существует высокая трудоемкость изготовления тройников и крестовин с центральной сферической частью.
Задача настоящего изобретения - создать технологический процесс гидравлического формирования, позволяющий изготовить многослойную полую деталь с отводами, прочность которой не только равна, но и значительно превышает прочность исходных труб, имеющую повышенное качество внутренней поверхности, обладающую высокой газонепроницаемостью металла.
Предлагаемый способ гидравлического формирования, позволяющий получить многослойную полую соединительную деталь с отводами, обладающую требуемыми качествами, отличается тем, что внутри заготовки наружного слоя полой детали с отводами, полученной известным способом гидравлического формирования, размещают заготовку внутреннего слоя в виде трубы и выполняют соединение собранных заготовок внутреннего и наружного слоев методом гидравлического формирования. При этом действие давления наполнителя направлено на внутреннюю поверхность заготовки внутреннего слоя, в результате чего заготовка внутреннего слоя принимает профиль наружного слоя.
Предлагаемый способ включает:
- нанесение технологической смазки на трубную заготовку наружного слоя;
- гидроформирование заготовки наружного слоя полой детали с отводами в разъемной матрице с разъемными поперечными каналами путем пластического деформирования трубной заготовки под действием давления наполнителя на внутреннюю поверхность заготовки с одновременной ее торцевой осадкой;
- обрезка припуска на отводах и торцах;
- термическая обработка изготовленной заготовки наружного слоя в защитной среде, исключающей образование окалины;
- нанесение технологической смазки на все поверхности изготовленной заготовки наружного слоя;
- нанесение технологической смазки на наружную поверхность заготовки в виде трубы внутреннего слоя;
- размещение заготовки внутреннего слоя в виде трубы в заготовке наружного слоя;
- гидроформирование двухслойной полой детали с отводами из собранных заготовок в разъемной матрице с разъемными поперечными каналами путем пластического деформирования трубной заготовки под действием давления наполнителя на внутреннюю поверхность заготовки внутреннего слоя с одновременной ее торцевой осадкой;
- обрезка припуска на отводах и торцах внутренней заготовки;
- термическая обработка двухслойной полой детали с отводами;
- контроль качества.
Использование предлагаемого способа поясняется фотографией, на которой изображен двухслойный тройник с отводами под сварку.
Применение в процессе второго перехода гидроформирования трубной заготовки в качестве внутреннего слоя полой детали позволяет избежать образования сглаженных впадин в сферической части полой детали. Использование для внутреннего слоя детали заготовки трубы с высокой чистотой внутренней поверхности позволяет повысить качество внутренней поверхности полой детали. В результате использования тонкостенной заготовки внутреннего слоя из более качественной стали, чем заготовка наружного слоя, снижается вес детали, газонепроницаемость материала полой детали (и, следовательно, герметичность соединения, для которого используется деталь). В результате повышается прочность полой детали и многослойная деталь, имеющая суммарную толщину слоев, равную толщине однослойной детали, выдерживает давление, в 2-3 раза превышающее давление, допустимое для однослойной.
С помощью предлагаемого способа возможно изготовление многослойной полой детали с отводами, состоящей из любого необходимого количества слоев. При этом может быть использована одна и та же матрица. Для обеспечения устойчивости пуансонов при сжатии в матрицу устанавливаются полукольца - вкладыши.
Этот способ позволяет изготавливать полые биметаллические детали.
Применение предлагаемого способа позволяет снизить трудоемкость изготовления полых деталей с отводами в результате исключения таких операций, как термическая, лакокрасочная, промывочная и др.
С помощью предлагаемого способа возможно изготовление корпусов пневмо- и гидроаппаратуры: вентилей, фильтров, шаровых кранов, клапанов и др.
Пример
Изготовленный предлагаемым способом на установке формообразования тройников и крестовин УФТК-50 двухслойный тройник с наружным диаметром 45 мм с толщиной стенки на оси исходной трубы - 6,5 мм, на отводе - 5,5 мм, материал наружного слоя которого - труба 45×2,5 Ст.12Х18Н10Т ГОСТ 99941-84, материал внутреннего слоя - труба 38Х3 Ст.12Х18Н10Т ГОСТ 99941-81, был подвергнут пневмо- и гидроиспытаниям.
Результаты испытаний:
2
1. При гидравлических испытаниях давлением 1180 кг/см разрушений не было. Испытания более высоким давлением не требовались.
2
2. При пневматических испытаниях давлением 400 кг/см негерметичность не обнаружена (Технический акт №21/010 от 19.12.2008, утвержден главным инженером).
С двухслойным тройником были выполнены сварные соединения (штуцера, заглушки) для гидро- пневмоиспытаний. 3 сварных шва были подвергнуты рентгенологическому контролю. Дефектов сварных швов (непроваров, пор) не обнаружено.
2
2
Для сравнения: однослойный тройник, изготовленный методом гидравлического формирования на установке УФТК 50, наружным диаметром 45 мм и толщиной стенки 2,5 мм из стали Ст.12Х18Н10Т ГОСТ 9941-81, был подвергнут испытаниям гидравлическим давлением. В результате остаточные деформации появились при давлении 150 кг/см, разрушение произошло при давлении 620 кг/см (Технический акт №21/210 от 24.07.2006, утвержден главным инженером).
Таким образом, испытания подтвердили, что предлагаемый способ позволяет изготовить полые изделия с отводами для сварных трубопроводов, прочность которых значительно превышает прочность исходных заготовок.