КОНСТРУКЦИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО ВОРОТНИКОВОГО ФЛАНЦА И ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ШТАМПОВКИ ЕГО НА ПРЕССЕ ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ

Предложенное решение относится к металлургической промышленности и арматуростроению и позволяет на современном технологическом уровне выпускать воротниковые фланцы из биметалла.
Известны способы получения воротниковых фланцев методами штамповки на молотах, кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП) и гидравлических прессах.
Однако данные способы характеризуются сложностью процесса, значительными энергозатратами и высокой себестоимостью получаемых изделий при недостаточных потребительских свойствах и долговечности.
Известен также способ штамповки воротниковых фланцев из кольцевых заготовок на гидравлических прессах двойного действия см.патент Станкина №2245211: RU, №2245211, МПК7 В 21 К 21/00 Дата публикации: 2005.01.27 , Дата подачи заявки: 2003.04.04, «СПОСОБ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ ФЛАНЦА СО ВТУЛКОЙ», согласно которому:
«Из кольцевой заготовки путем осадки в штампе наружным пуансоном получают полуфабрикат с фланцем. Затем осуществляют формовку полуфабриката внутренним пуансоном с конической частью и цилиндрической поверхностью с созданием в материале полуфабриката сдвиговых деформаций. В результате формовки получают втулку. Данный способ обеспечивает упрощение технологии изготовления фланца со втулкой, повышение производительности и снижение металлоемкости».
Однако и указанное решение характеризуется сложностью процесса, значительными энергозатратами и высокой себестоимостью получаемых изделий при недостаточных потребительских свойствах и долговечности.
В соответствии с ГОСТ 12821-80 воротниковые фланцы изготавливаются из углеродистых сталей: сталь 20, сталь 09 ГС 2 и нержавеющих сталей типа 12Х18Н10Т и др. При этом стоимость фланцев из нержавеющих сталей более чем в 5 раз дороже фланцев из углеродистых сталей.
В целях снижения стоимости фланца изготовляемого из нержавеющей стали, предлагается новая конструкция воротниковего фланца, у которого втулочная часть, примыкающая к нержавеющей трубе изготовлена из нержавеющей коррозионностойкой стали, а фланцевая часть из углеродистой или малолегированной конструкционной стали. Таким образом, функциональное назначение фланца обеспечивается втулочной (трубной) частью, по которой проходит поток жидкости или газа внутри коррозионностойкой оболочки, а силовая часть фланцевого соединения может быть изготовлена из углеродистой стали, поскольку не контактирует с транспортируемыми по трубе газом или жидкостью. При этом кольцевой полуфабрикат получают отрезкой из биметаллической трубы, изготовленной методом центробежного литья. По мнению заявителя, патент №2245211 можно рассматривать в качестве прототипа к заявленному решению.
Техническая задача состоит в снижении энергозатрат и соответственно снижении себестоимости изготовления воротниковых фланцев из биметалла взамен цельнометаллических из дорогостоящей нержавеющей стали и обеспечении повышенных потребительских свойств и долговечности.
Указанная техническая задача реализуется с использованием следующей совокупности существенных признаков.
Конструкция биметаллического воротникового фланца, включающая фланцевую часть и трубную часть, при этом
трубная часть состоит из коррозинностойкой нержавеющей стали, а фланцевая часть - из углеродистой или малолегированной конструкционной стали, причем переходный слой на границе двух металлов представляет собой монолитную упрочненную структуру.
Инструмент для штамповки воротникового фланца на прессе двойного действия, включающий взаимодействующие с матрицей и трубной биметаллической заготовкой, внутренний пуансон и наружный пуансон, причем на торце наружного пуансона сформирована коническая поверхность, большим основанием конуса обращенная к матрице, на внутреннем пуансоне дополнительно к цилиндрической части, с противоположного торца, на заходной части сформирована коническая поверхность, большим основанием обращенная встречно большему основанию конической поверхности наружного пуансона, на внутреннем пуансоне в направлении к цилиндрическому торцу приложения силы отбортовки от заходной части сформирована дополнительная коническая поверхность, большим основанием обращенная встречно большему основанию конической поверхности наружного пуансона, при этом
- угол конусной поверхности, сформированной на торце наружного пуансона составляет 12-20 градусов к большему основанию, угол конусной поверхности, сформированной на внутреннем пуансоне на заходной части составляет 2-5 градусов к осевой линии, угол конусной поверхности, сформированной на дополнительной конической поверхности составляет 10-18 градусов к осевой линии;
- цилиндрическая часть внутреннего пуансона выполнена с диаметром, равным диаметру условного прохода (Dy) воротникового фланца.
Предложение поясняется графически.
Фиг. 1 - биметаллическая кольцевая заготовка.
Фиг.2 - полученный штамповкой биметалический воротниковый фланец.
Фиг.3 - операция осадки.
Фиг.4 - операция отбортовки.
На фигурах обозначены:
внутренний слой трубы из нержавеющей стали - (а); наружный слой трубы из углеродистой стали - (b); внутренний пуансон - 1; наружный пуансон - 2; заготовка - 3; матрица - 4; полуфабрикат - 5; контур готовой поковки фланца-6; диаметр проходного отверстия - (Dу); сила осадки - (Рос); сила отбортовки - (Р).
Кольцевая заготовка примерно на 1/3 по массе состоит из нержавеющей стали в виде внутреннего слоя трубы-(а) и наружного слоя -(b) из углеродистой или малолегированной конструкционной стали (фиг.1). При этом переходный слой на границе двух металлов представляет монолитную структуру, образующуюся при изготовлении трубной заготовки центробежным литьем.
Во время горячей деформации переходный слой в основном испытывает напряжения сжатия, во время осадки с вытеснением металла вовнутрь, что является благоприятным нагруженном при течении металла во втулочную часть и не приводит к нарушениям сплошности металла.
Распределение металлов (а),(Ь) сохраняется и на сформированной детали - воротниковом фланце (фиг.2).
Отличительной особенностью инструмента (по сравнению с инструментом по патенту №2245211) является наличие угла (d) на торце наружного пуансона, обеспечивающего перемещение металла не только в сторону оси фланца, но и вверх, что затем при отбортовке значительно уменьшает утяжину в зоне перехода горизонтальной поверхности фланца в цилиндрическую поверхность втулочной части. Это позволяет не обрабатывать внутреннюю поверхность с диаметром проходного отверстия (Dy), и сократит расход металла, см. операция осадки (фиг.3)
Углы (f) и (h) на боковой поверхности внутреннего пуансона прикрепленного к внутреннему ползуну гидравлического пресса последовательно и плавно обеспечивают отбортовку металла и утонение стенки втулочной части фланца с минимальной утяжиной в верхней части отверстия, см. операция отбортовки (фиг.4).
Где f-угол конусной поверхности, сформированной на внутреннем пуансоне на заходной части и составляет 2-5 градусов к осевой линии.
Где h-угол конусной поверхности, сформированной на дополнительной конической поверхности и составляет 10-18 градусов к осевой линии.
Предложенная конструкция биметаллического воротникового фланца и инструмента для штамповки его на прессе двойного действия, имеет целью снижение энергозатрат и стоимости фланца.
Для формирования фланца используют заготовку, образовавшуюся при изготовлении биметаллической трубы заготовки методом центробежного литья и упрочненную при последующей горячей штамповке.
На заготовку воздействуют наружным пуансоном 2, силой (Рос) - сила осадки, а также - внутренним пуансоном 1, силой (Р) - сила отбортовки. Предлагаемые конструктивные решения используются в целях предотвращения появления утяжины при осадке кольцевой заготовки и отбортовки с утонением, при этом предусмотрены конусная полость на торце осадочного наружного пуансона с углом конуса, в частном случае, (d) равным не менее 12-20 градусов к большему основанию конуса, конусная часть на заходной части внутреннего пуансона с углом конуса (f) равным 2-5 градусов к осевой линии с переходом на угол (h), равный 10-18 градусов к осевой линии и цилиндрическая часть с диаметром равным диаметру условного прохода (Dy) воротникового фланца.
Последовательность деформирования кольцевой заготовки 3 обеспечивается с использованием гидравлического пресса двойного действия.
Сначала наружный пуансон 2 производит осадку заготовки с силой (Рос), а затем внутренний пуансон 1 производит отбортовку с утонением втулочной части фланца до диаметра (Dy).
При этом во время осадки металл вытесняется в направлении оси фланца и вверх под углом (d) с получением контура полуфабриката (5) с внутренней частью из нержавеющей стали.
Во второй стадии деформирования металл деформируется внутренним пуансоном 1 с силой (Р) и течет в направлении втулочной части. Таким образом, предложенная конструкция биметаллического воротникового фланца и инструмента для штамповки его на прессе двойного действия, обеспечивает снижение энергозатрат и стоимости фланца, обеспечение повышенных потребительских свойств и долговечности, за счет того, что втулочная часть фланца состоит из коррозинностойкой нержавеющей стали, а фланцевая часть из углеродистой или малолегированной конструкционной стали, причем переходный слой на границе двух металлов представляет собой монолитную структуру, образовавшуюся при изготовлении трубной заготовки методом центробежного литья и упрочненную при горячей штамповке, а конструкция
инструмента в целях предотвращения появления утяжины при осадке кольцевой заготовки и отбортовки с утонением предусматривает конусную полость на торце осадочного наружного пуансона с углом конуса (d) равным 12-20 градусов и конусную часть на заходной части внутреннего пуансона с углом конуса (f), составляющим 2-5 градусов к осевой линии с переходом на угол (h), составляющим 10-18 градусов к осевой линии и цилиндрическую часть с диаметром, равным диаметру условного прохода (Dy) воротникового фланца.