СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРУТОИЗОГНУТЫХ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ ЗАДАННОГО ПРОФИЛЯ
PRODUCTION OF STEEPLY CURVED THIN-WALL PRESET-SHAPE PIPES

Способ относится к обработке металлов давлением и может быть использован при мелкосерийном производстве крутоизогнутых тонкостенных труб прямоугольной и другой формы поперечного сечения, изготовленных из полуфабриката - круглых труб, загнутых на требуемый угол.
Известен способ изготовления труб переменного прямоугольного поперечного сечения, преимущественно волноводов, путем установки модели в трубу круглого поперечного сечения с последующей прокаткой, по которому трубу круглого поперечного сечения предварительно деформируют до получения требуемых параметров во всех сечениях с сохранением круглой формы трубы и обжимают для получения переменного прямоугольного поперечного сечения [см. авторское свидетельство СССР №680089 А1 МПК Н01Р 11/00].
При известном способе обеспечивается высокая точность внутренних размеров. Высокую же точность наружных размеров данным способом получить невозможно. Предварительное деформирование исходной трубы круглого сечения осуществляется протягиванием или прокаткой за несколько операций в зависимости от разницы диаметров в различных сечениях трубы с использованием дорогостоящей оснастки. Кроме того, вводится дополнительное обжатие ступенчатой трубы между плоскостями до получения профиля, близкого к требуемому, и окончательное обжатие в роликах по оправке, что существенно увеличивает трудоемкость изготовления изделия и требует применения дорогостоящей технологической оснастки.
Известен также способ изготовления гнутых изделий [см. патент РФ №02368445, МПК B21D 9/15], включающий размещение трубной заготовки в штампе, создание в полости трубной заготовки давления за счет ее заполнения наполнителем, приложение с обоих торцов трубной заготовки сжимающих осевых нагрузок и сдвиг деформирующим пуансоном участка заготовки в направлении, перпендикулярном ее оси с получением отформованного участка. Далее полость отформованного участка трубной заготовки заполняется пластичным наполнителем, имеющим температуру плавления ниже температуры плавления заготовки, этот участок жестко фиксируется в матрице, затем помещается в штамп следующий участок заготовки, производится его формование с перемещением матрицы в направлении осевой нагрузки, приложенной к торцу заготовки, расположенному в матрице. Данным способом возможно изготовление многоколенных трубопроводов как круглого, так и квадратного и прямоугольного поперечного сечения. Однако этим способом невозможно изготовить детали с перемещением при гибке в окружном направлении торцев заготовки. Способ отличается сложностью штамповой оснастки. Применение силового нагружения заготовки в четырех направлениях требует использования сложного дорогостоящего оборудования, а необходимость создания высокого гидростатического давления на внутреннюю поверхность заготовки вызывает проблемы надежного уплотнения ее торцев.
Известен и способ гибки профильных прямоугольных труб [см. патент РФ №2378072 С1 МПК B21D 9/00], включающий изменение температуры профильной прямоугольной трубы перед гибкой, которую осуществляют путем приложения усилий к участкам профильной прямоугольной трубы вне области изгиба. Изменение температуры осуществляют путем поочередного нагрева последовательно размещенных участков внешней грани трубы в области изгиба, начиная с ее края, приложение усилий к участкам трубы вне области изгиба производят после очередного нагрева последовательно размещенных участков внешней грани профильной прямоугольной трубы в области изгиба, а для придания трубе требуемой формы изгиба используют массивную оправку, размещенную со стороны внутренней грани профильной прямоугольной трубы в области изгиба. Поочередный нагрев последовательно размещенных участков внешней грани профильной прямоугольной трубы в области изгиба производят до температуры 800-900°С. Ширину каждого из последовательно размещенных участков внешней грани профильной прямоугольной трубы в области изгиба выбирают равной 10-12 см.
К недостаткам данного способа относятся невозможность обеспечения точности размеров поперечного сечения, так как гибка осуществляется без использования жесткой матрицы или пуансона и невозможность получения малых внутренних радиусов гибки ввиду необходимости использования массивной оправки с внутренней стороны для отвода тепла. Способ отличается трудоемкостью изготовления, так как процесс происходит при последовательном нагреве достаточно узких участков внешней грани трубы прямоугольного сечения с гибкой после каждого нагрева. Ввиду высокой температуры нагрева на некоторых металлах возможно образование окалины. При данном способе ограничена номенклатура стандартных труб прямоугольного сечения, используемых в качестве заготовки. Способ имеет низкую производительность, так как гибка каждого участка после нагрева осуществляется в течение 10 мин.
Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении качества поверхностей изготавливаемых изделий после операции электрогидроимпульсной (ЭГИ) штамповки, и обеспечении стабильности этого результата при производстве крутоизогнутых тонкостенных труб прямоугольного и другой формы поперечного сечения, например, пятигранной, шестигранной или восьмигранной, изготовленных из полуфабрикатов - круглых труб, загнутых на требуемый угол.
Технический результат получается за счет того, что:
1. В качестве пуансона используется подвижная передающая среда - жидкость, при этом:
- деформирующее давление распределяется достаточно равномерно по всей внутренней поверхности трубы;
- исключается механическое повреждение внутренней поверхности трубы.
2. В качестве матрицы используется жесткая стальная оснастка, благодаря которой:
- обеспечивается точность и стабильность наружных размеров штампуемых изделий, а также высокое качество их поверхностей;
- заготовка перед основной операцией штамповки, в результате предварительного статического деформирования в полуматрицах, принимает форму, близкую к форме детали.
3. Благодаря высоким скоростям деформирования и деформации при ЭГИ штамповке повышаются предельные степени деформации заготовки, что позволяет изготавливать изделия с меньшим радиусом гиба.
4. Штамповка осуществляется за один установ заготовки за два перехода в одной технологической оснастке - разъемной матрице:
- на первом этапе выполняется предварительное статическое деформирование полуфабриката - круглой трубы, загнутой на требуемый угол, при этом труба приобретает форму и размеры, близкие к форме и размерам матрицы;
- на втором этапе с использованием метода ЭГИ штамповки происходит окончательное формообразование, где заготовка принимает форму матрицы и калибруется по ее внутренней поверхности.
Описание способа.
Для выполнения способа изготовления крутоизогнутых тонкостенных труб заданного поперечного сечения используют: сборную матрицу, состоящую из двух полуматриц, установку для электрогидроимпульсной штамповки, состоящую из пресса с нижней плитой и верхней траверсой, блока формирования высоковольтного импульсного разряда и корпуса разрядного устройства с электродами и отверстиями для прохождения рабочей жидкости. В качестве заготовки используют полуфабрикат - круглую трубу, загнутую на требуемый угол. Способ заключается в том, что полуфабрикат размещают внутри полуматриц сборной матрицы, где он центрируется. Затем эту матрицу устанавливают в отверстие нижней плиты пресса, а сверху на нее - корпус разрядного устройства с электродами и отверстиями для прохождения рабочей жидкости. Далее на корпус подается усилие, под действием которого полуматрицы сдвигаются, при этом поперечное сечение заготовки принимает форму, близкую к форме матрицы. После этого полость заготовки заполняют рабочей жидкостью, которая контактирует с электродами, и затем на электроды разрядного устройства подают высоковольтный импульсный разряд, формирующий в жидкости ударную волну, благодаря которой заготовка принимает форму матрицы и калибруется по ее внутренней поверхности.
На прилагаемых эскизах изображено:
Фиг.1 - эскиз трубчатой заготовки после гибки на требуемый угол;
Фиг.2 - схема предварительного деформирования заготовки - начальное (а) и конечное (б) положения;
Фиг.3 - схема ЭГИ штамповки;
Фиг.4 - формы поперечного сечения деталей, изготавливаемых данным способом.
Пример осуществления способа.
В качестве заготовки используется полуфабрикат - труба, изогнутая одним из известных методов в колено под углом 90 градусов (фиг.1). Первым этапом штамповки является ее предварительное статическое деформирование. Заготовку 1 (фиг.2) размещают и центрируют в разъемной матрице, состоящей из полуматриц 2 и 3, далее эту матрицу устанавливают на нижнюю плиту гидравлического пресса (на схеме не показан) (фиг.3). Сверху устанавливают корпус разрядного устройства 4 с электродами и отверстиями для прохождения рабочей жидкости, прижимаемое к матрице верхней траверсой пресса. Для избежания попадания воды из полости заготовки в матрицу торцы заготовки уплотняют прокладками.
Под действием усилия пресса Р полуматрицы сдвигаются, вследствие чего поперечное сечение заготовки принимает форму, близкую к форме матрицы (фиг.2). После операции статического деформирования действие усилия пресса не прекращается и обеспечивает надежное уплотнение торцев заготовки. Окончательное формообразование производится методом ЭГИ штамповки, где заготовка в поперечном сечении принимает прямоугольный профиль с радиусами переходов между стенками. Для этого полость заготовки заполняют рабочей жидкостью 5, после чего, с блока формирования высоковольтного импульсного разряда ЭГИ установки на электроды корпуса разрядного устройства подают высоковольтный импульсный разряд, формирующий в жидкости ударную волну, благодаря которой заготовка принимает форму матрицы.
Вариант применения ЭГИ штамповки с предварительным статическим деформированием для изготовления подобных деталей из пространственных заготовок позволяет исключить сложные операции обрезки, а также существенно уменьшить длину сварных швов, если детали ранее изготавливались путем вырезки из листа, гибки и последующей сварки.
Предложенный способ позволяет изготавливать крутоизогнутые тонкостенные трубы с различным углом гибки и различной формы поперечного сечения, например, пятигранной, шестигранной или восьмигранной (фиг.4а, б, в соответственно).