СПОСОБ ШТАМПОВКИ СИЛЬФОНОВ ИЗ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК
METHOD OF FORGING BELLOWS FORM TUBE BILLETS

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно, к способам штамповки осесимметричных деталей из особо тонкостенных трубных заготовок.
Известен способ штамповки осесимметричных деталей из трубных заготовок, описанный в патенте РФ 2314889С1, МПК B21D 22/10 с приоритетом от 27.03.2006, авт.Давыдов О.Ю., Егоров В.Г., Голуб В.В., Танский В.А. (аналог), при котором формообразование осесимметричных деталей эластичной средой начинается с увеличения прикладываемого перед осевым сжатием давления наполнителя на внутреннюю поверхность трубной заготовки.
После достижения заданной величины давления эластичного наполнителя начинают осадку заготовки с одновременным нагнетанием дополнительных объемов эластичного наполнителя. Затем готовый гофр калибруют раздачей с осевым сжатием без осадки заготовки.
Недостатки: установленная зависимость для определения давления наполнителя на стенки заготовки перед началом формообразования не учитывает возможности появления брака (трещин) вследствие исчерпания ресурса пластичности материалом заготовки в ходе раздачи предварительных гофров внутренним давлением эластичной среды.
Наиболее близким техническим решением из известных является способ формообразования особотонкостенных многослойных сильфонов эластичной средой, описанный в патенте РФ 2343033С2, МПК B21D 15/06 с приоритетом от 28.12.2006, авт. Егоров В.Г., Захарченко Н.Д., Танский В.А. (прототип), при котором предварительные гофры при последовательном формообразовании выполняют с углом конусности при вершине от 10 до 15°, а радиус у основания, радиус при вершине, высота гофра и диаметр проходного сечения сильфона, связаны между собой экспериментальными зависимостями. Последующую принудительную посадку предварительных гофров (калибровку) осуществляют до получения ими омегообразной формы.
Недостатки: выявленная экспериментальным путем зависимость для соотношения между геометрическими параметрами гофра при его формообразовании не учитывает характеристик пластичности применяемого материала. В частности отсутствуют сведения об интенсивности накопленной деформации и ее связи с ресурсом пластичности конкретного сплава. Поэтому возможно появление браковочных признаков вследствие исчерпания ресурса пластичности при формообразовании осесимметричных деталей с заданными геометрическими параметрами.
Технический результат: повышение качества штампуемых сильфонов из трубных заготовок за счет сокращения брака при обработке. Технический результат достигается тем, что в способе штамповки сильфонов из трубных заготовок эластичной средой в жестких матрицах, включающем последовательное формообразование гофров раздачей внутренним давлением эластичной среды при осевом перемещении свободного конца трубной заготовки, материал трубной заготовки для формообразования гофров выбирают в соответствии с его относительным удлинением после разрыва δ, определяемым по зависимости:
<mrow><mtext>δ(a</mtext><mtext>,b)</mtext><mo>=</mo><msup><mrow><mtext>A(b)a</mtext></mrow><mtext>2</mtext></msup><mo>+</mo><mtext>B(b)a</mtext><mo>+</mo><mtext>C(b)</mtext><mtext>,</mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext>(1)</mtext></mrow>
2
где А(b)=29,23b-18,59b+1,43;
2
В(b)=-31,98b+28,62b-3,24;
2
C(b)=6,97b-10,24b+1,82;
<mrow><mtext>a</mtext><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mtext>R</mtext><mtext>1</mtext></msub></mrow><mrow><msub><mtext>R</mtext><mtext>2</mtext></msub></mrow></mfrac><mo>;</mo></mrow>
<mrow><mtext>b</mtext><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mtext>r</mtext><mtext>0</mtext></msub></mrow><mrow><msub><mtext>R</mtext><mtext>2</mtext></msub></mrow></mfrac><mo>;</mo></mrow>
1
0
R=d/2+r, мм;
2
0
R=D/2-r, мм;
0
r - радиус у основания и при вершине гофра, мм;
d - диаметр проходного сечения сильфона, мм;
D - диаметр гофра, мм.
1
2
0
0
2
1
0
0
Зависимости, связывающие между собой δ, R, R и r, получены экспериментально из условия равенства предельной накопленной деформации в момент разрушения аналогичной величине при одноосном растяжении δ. Необходимость выбора материала заготовки для формообразования с определенным относительным удлинением после разрыва δ обусловлена получением сильфона с требуемыми диаметром проходного сечения d, диаметром гофра D, а также радиусами при вершине и y основания гофра r без исчерпания ресурса пластичности материалом трубной заготовки. Т.к. относительное удлинение материала после разрыва δ зависит от соотношений геометрических параметров сильфона a и b, то для успешного формообразования детали с большей высотой гофра h (h=R-R) выбирают более пластичный материал. В случае, когда высота гофра h меньше, для формообразования используют менее пластичный материал. При этом в случае постоянной высоты гофра сильфона h при меньших значениях радиусов при вершине и у основания гофра r требуемое значение δ для формообразования без появления браковочных признаков увеличивается, а при больших значения радиусов r значение δ уменьшается. Полученная экспериментальным путем зависимость между относительным удлинением материала после разрыва δ и геометрическими параметрами сильфона позволяет выбрать сплав трубной заготовки для штамповки с требуемыми характеристиками пластичности.
На фиг.1 представлена схема способа штамповки сильфонов из трубных заготовок.
Способ осуществляют следующим образом. Выбирают материал для трубной заготовки 1 в соответствии с его относительным удлинением после разрыва δ, определяемым по зависимости (1).
Трубную заготовку 1 заполняют эластичной средой 2 и помещают в жесткую разъемную матрицу 3, которую устанавливают в штамп, размещенный на столе пресса (на чертеже не показаны), и устанавливают пуансон осевого сжатия 4. При воздействии силы F на пуансон 4 происходит увеличение внутреннего давления эластичной среды 2. В результате трубная заготовка 1 раздается изнутри в полость 5 жесткой разъемной матрицы 3 при осевом перемещении свободного конца 6 трубной заготовки 1. Таким образом формируется первый гофр 7 сильфона 8. Аналогично последовательно формируют гофры (на чертеже не показаны) раздачей трубной заготовки 1 в полости 9, 10 ручья 11 жесткой разъемной матрицы 3 внутренним давлением эластичной среды 2.
0
Пример. Из трубной заготовки 1 из титанового сплава штампуют трехгофровый сильфон 8 с диаметром проходного сечения d=90 мм и диаметром гофра D=120 мм, а также радиусами у основания и при вершине гофра r=3 мм. В начале процесса изготовления выбирают материал трубной заготовки 1 для формообразования согласно предложенной экспериментальной зависимости:
2
δ(a,b)=A(b)a+В(b)а+С(b)=0,132,
2
где А(b)=29,23b-18,59b+1,43=0,42;
2
В(b)=-31,98b+28,62b-3,24=-1,64;
2
C(b)=6,97b-10,24b+1,82=1,23;
<mrow><mtext>a</mtext><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mtext>R</mtext><mtext>1</mtext></msub></mrow><mrow><msub><mtext>R</mtext><mtext>2</mtext></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mtext>0</mtext><mtext>,86;</mtext></mrow>
<mrow><mtext>b</mtext><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mtext>r</mtext><mtext>0</mtext></msub></mrow><mrow><msub><mtext>R</mtext><mtext>2</mtext></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mtext>0</mtext><mtext>,06</mtext><mtext>.</mtext></mrow>
Значит, для успешного формообразования нужно использовать трубную заготовку из титанового сплава с относительным удлинением δ≥13,2%. Требуемым условиям, предъявляемым к свойствам пластичности материала, отвечает титановый сплав ОТ4-1 с δ=15%.
Двухслойную трубную заготовку 1 с толщиной стенки 0,4 мм (2×0,2 мм) с диаметром проходного сечения d=90 мм и длиной 150 мм из титанового сплава ОТ4-1 устанавливают в ручей 11 жесткой разъемной матрицы 3.
Ручей 11 имеет полости 5, 9, 10 для формирования первого гофра 7 и последующих двух гофров (на чертеже не показаны). В трубную заготовку 1 устанавливают эластичную среду 2 (шайбы из полиуретана СКУ-7Л) диаметром 88 мм и общей высотой 65 мм, а также шесть жестких упоров 12 из сплава D16T диаметром 89,6 мм и высотой по 14 мм.
Жесткую разъемную матрицу 3 устанавливают в штамп, размещенный на столе пресса PYE-250 (на чертеже не показаны) и устанавливают пуансон осевого сжатия 4. Под действием силы F=950 кН, приложенной к пуансону осевого сжатия 4, сжимают эластичную среду 2, формируя тем самым первый гофр 7 сильфона 8 в полости 5 ручья 11 при осевом перемещении свободного конца 6 трубной заготовки 1. После чего уменьшают силу F до нуля, отводят пуансон осевого сжатия 4, удаляют один упор 12 и переносят его под пуансон 4. Следующим рабочим ходом пуансона осевого сжатия 4 формируют в полости 9 ручья 11 второй гофр (на чертеже не показан) сильфона 8.
Аналогично последовательно формируют и третий гофр (на чертеже не показан) раздачей трубной заготовки 1 внутренним давлением эластичной среды 2 в полости 10 ручья 11 жесткой разъемной матрицы 3.
Технико-экономические показатели.
В результате применения предлагаемого способа формообразования повысилось качество обрабатываемых сильфонов, а брак при обработке снизился на 35%.