ШТАМП ДЛЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ПОЛЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК
DIE FOR HOLLOW PART SHAPING OUT OF TUBE STOCK

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к штампам для формообразования полых деталей из трубных заготовок, и может быть использовано в области машиностроения и других отраслях промышленности при производстве изделий типа тройников, переходников, крутоизогнутых патрубков.
Известен штамп для гидромеханической штамповки тройников (Лукьянов В.П., Маткава И.И., Бойко В.А. Штамповка, гибка деталей для сварных сосудов, аппаратов и котлов. М.: Машиностроение, 2003. - С.388-389. - аналог), состоящий из разъемных полуматриц, плунжеров, пуансонодержателя, верхней и нижней плит, верхнего и нижнего опорных колец, стяжных болтов, пружин. Трубная заготовка определенной длины укладывается в ручей штампа, состоящего из двух разъемных полуматриц. Затем с помощью опорных колец, имеющих коническую внутреннюю поверхность, и болтов полуматрицы плотно смыкаются. В полость трубной заготовки подается вода и начинается сжатие трубной заготовки плунжерами в осевом направлении. Под действием сжимающей силы пресса давление воды в полости трубной заготовки возрастает и она принимает форму ручья штампа. При этом для лучшего уплотнения в зоне контакта плунжеров с трубной заготовкой на торцах плунжеров имеются кольцевые выступы треугольного сечения. При вдавливании этих выступов в торцы заготовки создаются высокие удельные давления, обеспечивающие надежное уплотнение при штамповке тройников, у которых , где D - диаметр трубной заготовки, t - толщина стенки.
Недостатки: с применением указанного штампа невозможно отштамповать особотонкостенные тройники, у которых  из-за трудностей с герметизацией их торцов. Снижает качество готовых изделий отсутствие синхронизации при встречном движении плунжеров, осаживающих трубную заготовку. Имеются трудности размыкания полуматриц при их движении относительно внутренней конической поверхности опорных колец.
Наиболее близким техническим решением из известных является штамп для изготовления крутоизогнутых отводов (а.с. 1174115 СССР, В21С 37/28, B21D 9/07, 22/06, авт. Павлов Ю.К., Ламзин А.Г., опубл. 23.08.1985, бюл. №31, прототип), содержащий верхнюю плиту с закрепленной на ней посредством кронштейна верхней полуматрицей, нижнюю плиту и нижнюю полуматрицу. Использование предложенной конструкции штампа для изготовления крутоизогнутых отводов обеспечивает получение равнопрочных равнопроходных отводов с радиусом изгиба менее полутора диаметров.
Недостатки: ограниченность номенклатуры штампуемых полых деталей (крутоизогнутые отводы, у которых ), невозможность формообразования тройников, в том числе с несколькими отводами, крутоизогнутых отводов, переходников с .
Технический результат: расширение номенклатуры формообразуемых полых деталей за счет возможности увеличения количества получаемых отводов и расширения геометрических параметров полых деталей. Указанный технический результат достигается за счет того, что в известный штамп, содержащий верхнюю плиту с закрепленной на ней посредством кронштейна верхней полуматрицей, нижнюю плиту и нижнюю полуматрицу, снабжен закрепленным на нижней плите прямоугольным контейнером, клиновыми и плоскими плитами, установленными по внутренним боковым, соответственно, взаимно перпендикулярным стенкам контейнера, и рычагами, шарнирно соединенными с двумя клиновыми и одной из плоских плит в их верхней части, нижняя полуматрица выполнена с пазами и установлена в прямоугольном контейнере с образованием с верхней полуматрицей и клиновыми и плоскими плитами ручья штампа с изменяющейся в процессе формообразования геометрией, при этом один из упомянутых рычагов выполнен с возможностью при нажатии на него перемещения клиновой плиты и расклинивания нижней полуматрицы, другие рычаги выполнены с захватами, которые имеют возможность зацепления с выступами, выполненными на кронштейне, а плоская и клиновая плиты выполнены с захватами, расположенными в зацеплении с пазами нижней полуматрицы, для обеспечения извлечения нижней полуматрицы из прямоугольного контейнера.
Клиновые и плоские плиты, установленные по внутренним боковым, соответственно, взаимно перпендикулярным стенкам прямоугольного контейнера, принимают в данном случае непосредственное участие в процессе формообразования детали. Нижняя полуматрица, установленная в прямоугольном контейнере, образует с верхней полуматрицей и клиновыми и плоскими плитами ручей штампа с изменяющейся в процессе формообразования геометрией. Клиновые и плоские плиты ограничивают пластическое течение материала при силовом воздействии на боковую поверхность трубной заготовки в направлении, перпендикулярном развитым пластическим деформациям. Благодаря наличию клиновых и плоских плит материал трубной заготовки перемещается в отводы штампуемого тройника или полуфабриката переходника по кратчайшему пути с наименьшим перегибом. При этом интенсивность накопленной пластической деформации в процессе штамповки уменьшается по сравнению с прототипом, а ресурс пластичности материала увеличивается, т.е появляется возможность формообразования тройников с несколькими отводами с увеличенной высотой, а также переходников со значительными коэффициентами разнопроходности. При формообразовании крутоизогнутых патрубков при силовом воздействии верхней и нижней полуматриц на боковую поверхность трубной заготовки материал направленно перемещается в зону наружного радиуса изгиба (развитых пластических деформаций) с минимальными потерями на трение, направленность задается как и в случае штамповки тройников и переходников клиновыми и плоскими плитами. Здесь также расширяется номенклатура штампуемых полых деталей за счет получения крутоизогнутых патрубков с минимальным радиусом изгиба по средней линии с минимальной разнотолщинностью. Рычаги, шарнирно соединенные с двумя клиновыми и одной из плоских плит в их верхней части, обеспечивают расклинивание нижней полуматрицы, а также безотказное извлечение нижней полуматрицы из прямоугольного контейнера. Этому способствуют выступы, выполненные на кронштейне, а также захваты, выполненные в плоской и клиновой плите и расположенные в зацеплении с пазами нижней полуматрицы.
На фиг.1 представлен фронтальный разрез А-А штампа для формообразования тройников;
на фиг.2 - вид по Б на фиг.1;
на фиг.3 - разрез по В-В фиг.1;
на фиг.4 представлен фронтальный разрез Г-Г штампа для формообразования крутоизогнутых патрубков;
на фиг.5 - вид по Д на фиг.4;
на фиг.6 - разрез по Е-Е фиг.4;
на фиг.7 представлен фронтальный разрез К-К штампа для формообразования полуфабрикатов переходников;
на фиг.8 - вид по Л на фиг.7;
на фиг.9 - разрез по М-М фиг.7.
Штамп для формообразования полых деталей из трубных заготовок содержит верхнюю плиту 1 с закрепленной на ней посредством кронштейна 2 верхней полуматрицей 3, нижнюю плиту 4, нижнюю полуматрицу 5 и снабжен закрепленным на нижней плите 4 прямоугольным контейнером 6, клиновыми 7, 8, 9, 10 и плоскими 11, 12 плитами, установленными по внутренним боковым стенкам 13 прямоугольного контейнера 6. Клиновые плиты 7, 8, 9, 10 и плоские плиты 11, 12 установлены соответственно по взаимно перпендикулярным сторонам 14, 15 и 16, 17 прямоугольного контейнера 1, причем клиновые плиты 7, 10 и плоская плита 11 шарнирно соединены в своей верхней части с рычагами 18, 19, 20. Рычаги 19, 20 имеют захваты 21, 22, входящие в зацепление с выступами 23, 24 кронштейна 2 крепления верхней полуматрицы 3, а рычаг 18 опирается на прилив 25 прямоугольного контейнера 6. Плоская плита 11 и клиновая плита 10 имеют захваты 26 и 27, входящие в зацепление с пазами 28 и 29, выполненными в нижней полуматрице 5. При смыкании верхней полуматрицы 3 и нижней полуматрицей 5 с усилием Р образуется ручей 30 штампа, имеющий зону 31 развитых пластических деформаций (зона отводов 32, 33 - у тройника, зона наружного радиуса изгиба 34 - у крутоизогнутого патрубка; зона отвода 35 - у полуфабриката переходника). Формообразование полых деталей осуществляют в заявляемом штампе следующим образом.
Предварительно сплющенную трубную заготовку с эллипсообразным поперечным сечением (на чертеже не показана) устанавливают в нижнюю полуматрицу 5 так, чтобы большая ось эллипсообразного поперечного сечения была ориентирована в зону 31 развитых пластических деформаций. Начинают смыкание верхней полуматрицы 3 с нижней полуматрицей 5 путем приложения сжимающего усилия Р к верхней плите 1 ползуном пресса (на чертеже не показан). При этом образуется ручей 30 штампа переменной геометрии, ограниченный сверху - верхней полуматрицей 3, снизу - нижней полуматрицей 5, а по бокам - клиновыми плитами 7, 10 и плоскими плитами 11, 12. Одновременно прикладывается сжимающее усилие Р к боковой поверхности трубной заготовки и формуется полая деталь (на чертеже не показана). По окончании процесса формообразования для облегчения размыкания верхней полуматрицы 3 с нижней полуматрицей 5 осуществляют расклинивание нижней полуматрицы 5 путем нажатия на рычаг 18, обеспечивая тем самым перемещение клиновой плиты 7 относительно клиновой плиты 8. Далее, накидывают рычаги 19, 20 захватами 21, 22 на выступы 23, 24 кронштейна 2 и осуществляют подъем верхней плиты 1 ползуном пресса (на чертеже не показан). Нижняя полуматрица 5 извлекается тем самым из прямоугольного контейнера 6 за счет передачи усилия от кронштейна 2 через рычаги 19, 20, шарнирно связанные с клиновой плитой 10 и плоской плитой 11, входящими в зацепление посредством захватов 27 и 26 с пазами 29 и 28, выполненными в нижней полуматрице 5. Таким образом клиновые плиты 7, 10 и плоские плиты 11, 12 образуют вместе с верхней полуматрицей 3 и нижней полуматрицей 5 ручей 30 штампа с изменяющейся в процессе формообразования геометрией и способствуют перемещению материала трубной заготовки в зону 31 развитых пластических деформаций по кратчайшему пути. Шарнирные соединения клиновых плит 7, 10 и плоской плиты 11 с рычагами 18, 19, 20 соответственно обеспечивают безотказное размыкание верхней полуматрицы 3 с нижней полуматрицей 5 по окончании процесса формообразования полой детали.
Пример 1. Из предварительно сплющенной трубной заготовки с толщиной стенки 1,0 мм и длиной 400 мм из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т с эллипсообразным поперечным сечением (большая ось равна 140 мм, а меньшая - 100 мм) формуют равнопроходный тройник диаметром 100 мм с толщиной стенки 1,0 мм и высотой отводов 32, 33, равной 30 мм. Для этого трубную заготовку, наполненную сплавом Вуда (на чертеже не показана), устанавливают в нижнюю полуматрицу 5 так, чтобы большая ось эллипсообразного поперечного сечения была ориентирована в зону 31 развитых пластических деформаций, т.е. в данном случае - в зону отводов 32, 33 тройника. Начинают смыкание верхней полуматрицы 3 с нижней полуматрицей 5 путем приложения сжимающего усилия Р=1800 кН к верхней плите 1 ползуном пресса PYE-250 (на чертеже не показан). При этом клиновые плиты 7, 10 и плоские плиты 11, 12 образуют вместе с верхней полуматрицей 3 и нижней полуматрицей 5 ручей 30 штампа с изменяющейся в процессе формообразования тройника геометрией. Одновременно прикладывается сжимающее усилие Р=1800 кН к боковой поверхности трубной заготовки (на чертеже не показана) и формуется тройник (на чертеже не показан). При этом материал трубной заготовки перемещается в зону отводов 32, 33 тройника по кратчайшему пути с наименьшим перегибом и минимальными потерями на трение. Направленность задается клиновыми плитами 7, 10 и плоскими плитами 11, 12. Таким образом интенсивность пластической деформации в процессе штамповки уменьшается и максимальное утонение в вершине отводов 32, 33 тройника составило 8%. По окончании процесса формообразования осуществляют расклинивание нижней полуматрицы 5, а затем нижняя полуматрица 5 извлекается из прямоугольного контейнера 6 вместе с отштампованным тройником (подробно процесс расклинивания и извлечения описан выше). Равнопроходный тройник имел минимальную разнотолщинность, высоту отводов, достаточную для последующего применения автоматической сварки, что свидетельствует о его высоком качестве, расширении технологических возможностей и геометрических параметров полых деталей типа «тройник».
Пример 2. Из предварительно сплющенной трубной заготовки с толщиной стенки 1,0 мм и длиной 400 мм из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т с эллипсообразным поперечным сечением (большая ось равна 108 мм, а меньшая - 100 мм) формуют крутоизогнутый патрубок диаметром 100 мм с толщиной стенки 1,00 мм, радиусом изгиба по средней линии 50 мм и углом изгиба, равным 90°. Для этого трубную заготовку, наполненную сплавом Вуда (на чертеже не показана), устанавливают в нижнюю полуматрицу 5 так, чтобы большая ось эллипсообразного поперечного сечения была ориентирована в зону 31 развитых пластических деформаций, т.е. в данном случае - зону наружного радиуса изгиба 34 крутоизогнутого патрубка. Начинают смыкание верхней полуматрицы 3 с нижней полуматрицей 5 путем приложения сжимающего усилия Р=1600 кН к верхней плите 1 ползуном пресса PYE-250 (на чертеже не показан). При этом клиновые плиты 7, 10 и плоские плиты 11, 12 образуют вместе с верхней полуматрицей 3 и нижней полуматрицей 5 ручей 30 штампа с изменяющейся в процессе формообразования крутоизогнутого патрубка геометрией. Одновременно прикладывается сжимающее усилие Р=1600 кН к боковой поверхности трубной заготовки (на чертеже не показана) и формуется крутоизогнутый патрубок (на чертеже не показан). При этом материал трубной заготовки перемещается в зону наружного радиуса изгиба 34 по кратчайшему пути. Направленность задается клиновыми плитами 7, 10 и плоскими плитами 11, 12. Тем самым ресурс пластичности материала увеличивается, отштампованный крутоизогнутый патрубок имел круглую форму поперечного сечения, а максимальное утонение стенки патрубка в зоне наружного радиуса изгиба 34 составило 8,5%. По окончании процесса формообразования осуществляют расклинивание нижней полуматрицы 5, а затем нижняя полуматрица 5 извлекается из контейнера 6 вместе с отштампованным крутоизогнутым патрубком (подробно процесс расклинивания и извлечения описан выше). Крутоизогнутый патрубок имел минимальную разнотолщинность, что свидетельствует о его высоком качестве. Полученный минимально возможный радиус изгиба по средней линии, равной радиусу готовой полой детали, позволяет расширить геометрические параметры штампуемых крутоизогнутых патрубков и существенно (на 30-40%) повысить компактность трубопроводных магистралей, при монтаже которых подобные полые детали будут применяться.
Пример 3. Из предварительно сплющенной трубной заготовки с толщиной стенки 1,0 мм и длиной 400 мм из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т с эллипсообразным поперечным сечением (большая ось равна 244 мм, а меньшая - 100 мм) формуют полуфабрикат переходника с диаметром отвода 35, равным 150 мм, с толщиной стенки 1,0 мм. Для этого трубную заготовку, наполненную сплавом Вуда (на чертеже не показана), устанавливают в нижнюю полуматрицу 5 так, чтобы большая ось эллипсообразного поперечного сечения была ориентирована в зону 31 развитых пластических деформаций, т.е. в данном случае - в зону отвода 35 полуфабриката переходника. Начинают смыкание верхней полуматрицы 3 с нижней полуматрицей 5 путем приложения сжимающего усилия Р=1600 кН к верхней плите 1 ползуном пресса PYE-250 (на чертеже не показан). При этом клиновые плиты 7, 10 и плоские плиты 11, 12 образуют вместе с верхней полуматрицей 3 и нижней полуматрицей 5 ручей 30 штампа с изменяющейся в процессе формообразования полуфабриката переходника геометрией. Одновременно прикладывается сжимающее усилие Р=1600 кН к боковой поверхности трубной заготовки (на чертеже не показана) и формуется полуфабрикат переходника (на чертеже не показан). При этом материал трубной заготовки перемещается в зону отвода 35 полуфабриката переходника по кратчайшему пути и минимальными потерями на трение. Направленность задается клиновыми плитами 7, 10 и плоскими плитами 11, 12. По окончании процесса формообразования трубная заготовка (на чертеже не показана) имела круглое поперечное сечение диаметром 100 мм, а отвод 35 полуфабриката переходника получил плоскую огранку.
Нижняя полуматрица 5 после расклинивания извлекается вместе с полуфабрикатом переходника из прямоугольного контейнера 6 (подробно процесс расклинивания и извлечения описан выше). Отштампованный полуфабрикат переходника разрезали перпендикулярно продольной оси на два одинаковых полуфабриката. Для устранения плоской огранки помещали поочередно отштампованные полуфабрикаты переходника в специальный штамп (на чертеже не показан), где осуществляли калибровку так, чтобы отвод 35 полуфабриката переходника приобрел круглую форму поперечного сечения. Максимальное утонение переходника в зоне отвода 35 составило 11%. Таким образом, переходники имеют минимальную разнотолщинность, что свидетельствует об их высоком качестве. Полученный коэффициент разнопроходности переходника, равный , позволяет расширить гамму геометрических параметров получаемых переходников и существенно (на 25-30%) повысить ресурс трубопроводных магистралей, при монтаже которых подобные полые детали будут применяться.