СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАПОРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ ШАРОВЫХ КРАНОВ
METHOD FOR PRODUCING HOLLOW METAL SHUT-OFF ELEMENTS FOR BALL VALVES

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении полых сферических пробок запорной арматуры со сквозным центральным отверстием из коррозионно-стойких материалов условным проходом до DN300 для шаровых кранов, работающих в агрессивных средах, таких как природный газ, нефтепродукты, различные кислоты и другие.
Шаровая пробка включает центральный трубный патрубок, образующий сквозное проходное отверстие, и наружную сферическую оболочку, плотно его охватывающую, что обеспечивает высокую жесткость конструкции при минимальной массе.
Известны способы изготовления подобных пробок обжимом в штампе на оправке из двух соосно расположенных трубных заготовок с диаметром внутренней трубы равным условному проходу. Исходные заготовки могут быть как с фасками (RU 2211106), так и без них (RU 2157290), при этом плоскость стыка заготовок расположена на наружной поверхности шаровой пробки, а малейшая неплотность, вызванная упругой разгрузкой наружной оболочки или в ходе износа изделия, приведет к образованию на внешней сфере острой грани царапающей уплотняющие фторпластовые прокладки.
Для исключения этого недостатка можно использовать сварку нахлесточным соединением наружной оболочки с внутренним патрубком (RU 2157290), однако это приведет к усложнению технологии изготовления, снижению производительности, увеличению припусков на механическую обработку вследствие возможной деформации пробки в сварном соединении.
Ближайшим аналогом к предлагаемому способу является способ изготовления сферической пробки состоящей из наружной оболочки и центрального патрубка диаметром равным условному проходу с внутренним расположением поверхности стыка (ЕР 0156936). При таком способе за первый ход пресса в штампе обжимают во внутрь один конец трубной заготовки придавая ему полусферическую форму с центральным отверстием. Затем на оправку, коаксиально наружной заготовке устанавливают внутреннюю трубу, образующую проходной канал, и за второй ход пресса обжимают другой конец наружной оболочки придавая ему аналогичную полусферическую форму. В результате получается переключающий элемент, в котором края сквозных отверстий наружной оболочки фиксируют внутреннюю трубу в осевом направлении и, благодаря ее сферической форме, также во всех других направлениях.
Существенным недостатком способа является отсутствие элементов фиксирующих наружную трубную заготовку относительно инструмента при обжатии. Если внутренняя труба устанавливается на оправку, то наружная располагается свободно на рабочей полусферической поверхности матрицы. В результате, обеспечить соосность заготовки и инструмента очень сложно, неизбежно появится перекос наружной трубы, что негативно скажется на точности геометрических размеров пробки вплоть до возможного появления брака еще на стадии изготовления. Также в качестве недостатков можно отметить необходимость двух ходов пресса для изготовления пробки и невысокую плотность стыка в соединении из-за отсутствия соосности и упругой разгрузки заготовки после деформации. Как следствие, внутренняя труба будет проворачиваться относительно наружной заготовки, что не позволит базировать изделие по проходному отверстию при полировке.
Задачей заявляемого технического решения является разработка технологии, обеспечивающей изготовление сферических пробок запорной арматуры условного диаметра до DN300 из коррозионно-стойких материалов за один ход пресса и отвечающих требованиям высокого качества, а именно имеющих высокую соосность внутреннего цилиндрического канала и наружной сферической оболочки при обеспечении надежной плотности стыка исключающей повороты оболочки относительно внутреннего патрубка, тем самым устраняя недостатки характерные для прототипа.
Поставленная задача решена применением для изготовления шаровой пробки двух трубных заготовок из коррозионно-стойких материалов, с предварительно обточенными наружными фасками под углом 45° для внутреннего патрубка и внутренними фасками под тем же углом для наружной оболочки, установленных на четыре симметрично расположенных в прессе стержнях путем их обжима в штампе двумя полусферическими матрицами вокруг центральной оправки за один ход пресса.
Благодаря заявленному способу достигнут результат получения шаровой пробки с центральным каналом равным по диаметру условному проходу за один ход пресса при внутреннем расположении плоскости соприкосновения оболочки и патрубка с обеспечением их строгой соосности и высокой плотности стыка исключающей провороты без дополнительных сварных операций.
Предлагаемый способ поясняется чертежами, где фиг. 1 - геометрия исходной заготовки наружной оболочки, фиг. 2 - геометрия исходной заготовки внутреннего патрубка, фиг. 3 - схема обжима заготовок в готовую сферическую пробку.
о
о
о
п
п
п
Способ изготовления полых сферических пробок запорной арматуры со сквозным центральным отверстием осуществляется следующим образом. Отрезают две трубные заготовки из коррозионно-стойких материалов например стали 12Х18Н10Т или бронзы БрАЖНМц 9-4-4-1, диаметром D, толщиной стенки S, высотой L для наружной оболочки (фиг. 1) и диаметром D, толщиной стенки S, высотой L для внутреннего патрубка (фиг. 2). Размеры наружной трубы выбирают исходя из условия равенства объемов заготовки и оболочки с учетом припуска на полировку сферы. Длину внутренней заготовки, для обеспечения необходимой плотности соединения, выбирают по условию
п
пр
0
0
L=H-2S+(0,05…0,1)S,
пр
Н - расстояние между отверстиями в готовой пробке;
0
S - толщина стенки заготовки сферической оболочки.
Заготовку оболочки устанавливают на четыре симметрично расположенных стержня, а заготовку патрубка центрируют по внутренней оправке, тем самым обеспечивая строго соосное расположение двух заготовок перед формоизменением и осуществляя деформацию за один ход пресса.
Для заготовки патрубка внутренний диаметр равен диаметру оправки и соответствует условному проходу готового изделия, а длину заготовки определяют исходя из расстояния между отверстиями готового изделия и толщины стенок оболочки с учетом небольшого натяга. Наружная заготовка устанавливается на четыре симметрично расположенных стержня проходящих через нижнюю матрицу, обеспечивая высокую соосность заготовки и инструмента. При опускании верхней матрицы стержни уходят вниз не препятствуя формоизменению, а наружная заготовка деформируясь в сферическую оболочку за счет фасок своим торцом приподнимает внутреннюю трубу расположенную на оправке и в конечной стадии обжима плотно прилегает к ней зажимая патрубок с двух сторон.
Натяг в соединении должен быть достаточным для обеспечения плотности стыка и в тоже время не приводить к деформации внутреннего патрубка. Дополнительно увеличить плотность соединения можно накаткой на фаске внутреннего патрубка неглубоких рифлей деформирующихся при формоизменении сферической пробки.
о
п
о
п
На заготовке оболочки обтачивают внутреннюю фаску под углом 45°, а на заготовке патрубка - наружную, под тем же углом. Размеры фасок F и F равны или чуть меньше толщин заготовок S и S (фиг. 1, 2). Для изготовления сферической пробки используют штамп (фиг. 3) состоящий из верхней 1 и нижней 6 матриц с полусферическими рабочими полостями, оправки 2, установленной в нижней матрице, на которую устанавливают заготовку 4 для патрубка и направляющих стержней 7, закрепленных на траверсе 8, связанной двумя тягами 5 с верхней матрицей на которые устанавливают заготовку 3 для оболочки, как показано на фиг. 3.
пр
При силовом смыкании матриц наружная трубная заготовка, радиусом меньше, чем у готовой пробки R, принимает сферическую форму вокруг внутреннего патрубка и в процессе формоизменения нижним торцом приподнимает внутреннюю трубную заготовку до момента плотного стыка с оправкой, а другим торцом одновременно зажимает патрубок сверху с небольшим натягом, как показано на фиг. 3.
Конкретный пример реализации способа осуществлен на гидравлическом прессе ПО-54 для шаровой пробки из стали 12Х18Н10Т с условным проходом DN100, наружным диаметром сферы 165 мм расстоянием между отверстиями 128 мм и толщиной стенки оболочки 6 мм. Заготовка для оболочки имеет диаметр 150 мм, толщину стенки с учетом припуска на окончательную обработку 7 мм, и длину 150 мм, а для патрубка - диаметр 110 мм, толщину стенки 5 мм и длину определенную по предложенной зависимости 128-2⋅6+0,1⋅6=116,6 мм. На торцах заготовки оболочки были выполнены внутренние фаски 6×45°, а на торцах заготовки патрубка - наружные 5×45°. Штамп имел рабочий диаметр матриц 166 мм и оправку диаметром 100 мм. Для штамповки за один ход потребовалось усилие 7 МН, а штампованные полуфабрикаты имели отклонение по наружному диаметру до 0,20…0,60 мм, а по проходному отверстию до 0,15…0,25 мм, что позволило использовать проходное отверстие в качестве установочной базы при дальнейшей обработке изделия, при этом гарантированный натяг оболочки на внутренний патрубок исключил провороты при фрезеровании паза и шлифовании сферической поверхности.
Полые сферические пробки запорной арматуры из коррозионно-стойких материалов других типоразмеров до DN300 включительно изготавливают аналогичным образом.
Таким образом, предложенное в заявляемом способе техническое решение - модификации штампа дополнительными штырями, для идеальной стыковки трубных заготовок, обеспечивает изготовление сферических запорных элементов высокого качества и упрощении технологии изготовления.