RU2732845C1

RU2732845C1 - Bellows manufacturing method

Info

Publication number: RU2732845C1
Application number: RU2020102943A
Authority: RU
Inventors: Леонид Петрович Логунов; Реваз Арчилович Немсадзе; Максим Павлович Турьев
Original assignee: Акционерное общество "Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева"
Priority date: 2020-01-24
Filing date: 2020-01-24
Publication date: 2020-09-23

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to production of bellows and can be used in production of high-strength bellows mainly for operation at high pressures and temperatures in various fields of equipment. Method of bellows manufacturing consists in production of thin-wall tubular billet, installation of billet in tooling to perform shaping operation. Thin-wall tubular billet is shaped in longitudinal direction to form on its diameter in zones of maximum deformation during shaping corrugations thickenings, alternating with thinning in zones of minimum deformation of workpiece, wherein thickness of finished part wall during shaping is controlled by arrangement of tooling elements restricting movement of its separate sections in zones of minimum deformation.

EFFECT: technical result consists in production of thin-walled bellows with minimum thinning and irregularity of corrugation wall thickness.

4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к способам изготовления сильфонов и может быть использовано при изготовлении высокопрочных сильфонов преимущественно для эксплуатации при высоких давлениях и температурах в различных областях техники.The invention relates to methods for manufacturing bellows and can be used in the manufacture of high-strength bellows, mainly for operation at high pressures and temperatures in various fields of technology.

Из технической литературы известен способ гидравлического формообразования радиально гофрированных оболочек типа сильфонов в разъемной секционной матрице (см. Исаченков Е.И. Штамповка резиной и жидкостью, М. Машиностроение, 1967, с. 288-290, рис. 177). «Сущность метода состоит в формообразовании сильфона из бесшовной трубы давлением жидкости изнутри с одновременным осевым сокращением оформляемой цилиндрической оболочки». Матрица выполняется из серии разъемных колец, количество которых равно числу волн гофра. «Перед формообразованием кольца матрицы посредством распорных клиньев устанавливаются на определенном, равном относительно друг друга расстоянии, исходя из необходимости образования в каждом промежутке одной волны гофра. Осевое сокращение сильфона производится после того, как дано начальное давление жидкости изнутри, намечающее направление требуемого развития пластической потери устойчивости. Величина начального давления выбирается в зависимости от диаметра оболочки и геометрии гофра, механических свойств материала и толщины заготовки».From the technical literature, a method is known for the hydraulic shaping of radially corrugated shells of the bellows type in a split sectional matrix (see Isachenkov E.I. Stamping with rubber and liquid, M. Mashinostroenie, 1967, pp. 288-290, Fig. 177). "The essence of the method consists in shaping a bellows from a seamless pipe by liquid pressure from the inside with simultaneous axial contraction of the cylindrical shell being formed." The matrix is made from a series of split rings, the number of which is equal to the number of corrugation waves. “Before forming the ring, the matrices are set by means of spacer wedges at a certain distance equal to each other, based on the need to form one wave of corrugation in each interval. Axial contraction of the bellows is performed after the initial fluid pressure from the inside is given, indicating the direction of the required development of plastic buckling. The value of the initial pressure is chosen depending on the diameter of the shell and the geometry of the corrugation, the mechanical properties of the material and the thickness of the workpiece. "

Главным недостатком описанного способа является то, что при реализации способа «…утонение стенки достигает 30-50%». Это значительно уменьшает прочность сильфонов, работающих при высоких давлениях жидкости в полости, а также снижает точность сильфонных датчиков из-за отклонений характеристики жесткости сильфона от линейной зависимости. В указанном источнике отмечены и другие существенные недостатки, присущие этому способу.The main disadvantage of the described method is that when implementing the method "... wall thinning reaches 30-50%." This significantly reduces the strength of bellows operating at high fluid pressures in the cavity, and also reduces the accuracy of bellows sensors due to deviations of the bellows stiffness characteristic from linear dependence. In the specified source, other significant disadvantages inherent in this method are noted.

Из технической литературы также известен способ формообразования радиально гофрированных оболочек типа сильфонов эластичным или эластично-жидкостным пуансоном (см. Исаченков Е.И. Штамповка резиной и жидкостью, М. Машиностроение, 1967, с. 291-294; 300; 302;303). Сущность способа заключается в последовательном (один гофр за другим) формовании в жесткой разъемной матрице давлением, прикладываемым изнутри со стороны эластичного или жидкостного пуансона. Давление со стороны пуансона может быть создано различными методами: при помощи поршня или подачей жидкости внутрь толстостенной резиновой оболочки. При последовательном формообразовании получение гофра происходит за счет свободной части заготовки в результате осевого перемещения трубы в полость канавки гофра на матрице и тангенциального растяжения локального кольца трубы. «При этом наблюдается наименьшее утонение стенки трубчатой заготовки, из которой оформляется оболочка заданной геометрии». «По мере того, как один гофр отформован, формующий пуансон или заготовка перемещается на один шаг и цикл формообразования повторяется». Способ характеризуется степенью утонения стенки гофра, не превышающей 15,5%.From the technical literature, a method of shaping radially corrugated shells of the bellows type with an elastic or elastic-liquid punch is also known (see Isachenkov E.I. Stamping with rubber and liquid, M. Mechanical Engineering, 1967, pp. 291-294; 300; 302; 303). The essence of the method lies in sequential (one corrugation after another) molding in a rigid separable matrix by pressure applied from the inside from the elastic or liquid punch. The pressure from the side of the punch can be created by various methods: using a piston or by feeding a liquid inside a thick-walled rubber shell. With sequential shaping, corrugation is obtained due to the free part of the workpiece as a result of axial movement of the pipe into the cavity of the corrugation groove on the matrix and tangential tension of the local ring of the pipe. "At the same time, the least thinning of the wall of the tubular blank, from which the shell of a given geometry is formed, is observed." "As one corrugation is formed, the forming punch or blank moves one step and the forming cycle repeats." The method is characterized by the degree of corrugation wall thinning not exceeding 15.5%.

Основными недостатками указанного способа является утонение стенки гофра, и большая трудоемкость за счет последовательного формообразования гофров.The main disadvantages of this method is the thinning of the corrugation wall, and high labor intensity due to the sequential shaping of the corrugations.

Из патентной литературы известен способ изготовления одногофрового сильфона, включающий изготовление тонкостенной трубной заготовки последовательным чередованием нескольких операций ротационного выдавливания и проведения термообработки для снятия внутренних напряжений, последующую установку трубной заготовки в устройство для формирования гофра и формирование из трубной заготовки одногофрового сильфона, в котором тонкостенную трубную заготовку изготавливают с внутренним диаметром, близким внутреннему диаметру цилиндрической части сильфона, а формирование гофра сильфона производят на оправке с кольцевой канавкой, служащей для формирования и размещения гофра, путем создания наружного давления в зоне гофра при предварительно прижатых концах трубной заготовки к оправке с возможностью их скольжения между оправкой и прижимом (RU №2341348, B21D 15/06). Указанный способ можно считать наиболее близким аналогом предлагаемого способа.From the patent literature, a method for manufacturing a single-tube bellows is known, including the production of a thin-walled tubular billet by sequential alternation of several operations of rotary extrusion and heat treatment to relieve internal stresses, the subsequent installation of a tubular billet into a device for forming a corrugation and the formation of a single-bellows bellows from a tubular billet, in which a thin-walled tubular are made with an inner diameter close to the inner diameter of the cylindrical part of the bellows, and the formation of the bellows corrugation is performed on a mandrel with an annular groove serving for the formation and placement of the corrugation by creating external pressure in the corrugation zone with the pre-pressed ends of the pipe billet to the mandrel with the possibility of sliding between mandrel and clamp (RU No. 2341348, B21D 15/06). This method can be considered the closest analogue of the proposed method.

Недостаток его заключается в то, что при изготовлении сильфона таким способом в металле сильфона преобладают растягивающие напряжения, особенно в его цилиндрической части, что приводит к локальному уменьшению стенок вплоть до разрывов с последующей выбраковкой таких сильфонов.Its disadvantage is that when the bellows is manufactured in this way, tensile stresses prevail in the bellows metal, especially in its cylindrical part, which leads to a local decrease in the walls up to ruptures with the subsequent rejection of such bellows.

Задача, решаемая предлагаемым способом, заключается в достижении высокого качества получаемого сильфона, за счет управления толщиной его стенки, в частности, обеспечения высокой ее равномерности.The problem solved by the proposed method is to achieve a high quality of the resulting bellows, by controlling the thickness of its wall, in particular, ensuring its high uniformity.

Указанная задача решается тем, что в способе изготовления сильфона, заключающемся в изготовлении тонкостенной трубной заготовки, установке заготовки в оснастку для выполнения формообразующей операции, тонкостенную трубную заготовку профилируют в продольном направлении с образованием на ее диаметре в зонах максимальной деформации во время формообразования гофр утолщений, чередующихся с утонениями в зонах минимальной деформации заготовки, при этом толщиной стенки готовой детали в процессе формообразования управляют размещением в зонах минимальной деформации заготовки элементов оснастки, ограничивающих перемещение ее отдельных участков.This problem is solved by the fact that in the method of manufacturing a bellows, which consists in manufacturing a thin-walled tubular billet, installing a billet in a tooling to perform a shaping operation, a thin-walled tubular billet is profiled in the longitudinal direction with the formation of thickenings on its diameter in the zones of maximum deformation during the formation of corrugations, alternating with thinning in the zones of minimum deformation of the workpiece, while the wall thickness of the finished part in the process of shaping controls the placement in the zones of minimum deformation of the workpiece of the tooling elements that restrict the movement of its individual sections.

Кроме того, для решения поставленной задачи, тонкостенную трубную заготовку сильфона изготавливают с постоянным внутренним диаметром, утолщения располагают с внешней стороны заготовки, элементы оснастки размещают с внешней стороны в зонах минимальной деформации заготовки, а формообразование ведут в радиальном направлении, за счет усилия, действующего со стороны внутреннего диаметра трубной заготовки.In addition, to solve this problem, a thin-walled tubular billet of the bellows is made with a constant inner diameter, the thickenings are located on the outside of the billet, the tooling elements are placed on the outside in the zones of minimal deformation of the billet, and the shaping is carried out in the radial direction, due to the force acting from sides of the inner diameter of the pipe billet.

Также, тонкостенную трубную заготовку сильфона можно выполнить с внешним диаметром постоянной толщины и внутренним диаметром - переменной толщины, а формообразование вести в радиальном направлении, за счет усилия, действующего со стороны внешнего диаметра заготовки.Also, a thin-walled tubular billet of a bellows can be made with an outer diameter of a constant thickness and an inner diameter of a variable thickness, and shaping can be carried out in the radial direction, due to the force acting from the outer diameter of the billet.

Профилирование тонкостенной трубной заготовки в продольном направлении предпочтительно осуществлять ротационной вытяжкой.The longitudinal profiling of the thin-walled tubular blank is preferably performed by rotary drawing.

Технический результат, получаемый при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в изготовлении тонкостенного сильфона с наименьшим утонением и неравномерностью толщины стенки гофров.The technical result obtained in the implementation of the invention consists in the manufacture of a thin-walled bellows with the least thinning and unevenness of the wall thickness of the corrugations.

Описание предлагаемого способа изготовления сильфона поясняется графическими материалами:The description of the proposed method for manufacturing a bellows is illustrated by graphic materials:

На фиг. 1 представлена схема реализации способа изготовления сильфона, фиг. 2 и 3 - варианты реализации способа изготовления сильфона, фиг. 4 - вариант изготовления заготовки, предназначенной для реализации способа, фиг. 5 - продольный разрез заготовки и изготовленного сильфона, фиг. 6 - продольный разрез одногофрового сильфона и заготовки для его изготовления.FIG. 1 shows a diagram of the implementation of the method for manufacturing a bellows, FIG. 2 and 3 show embodiments of a method for manufacturing a bellows, FIG. 4 - a variant of manufacturing a blank intended for the implementation of the method, FIG. 5 is a longitudinal section of the blank and the manufactured bellows, FIG. 6 is a longitudinal section of a single bellows bellows and a blank for its manufacture.

Предлагаемый способ изготовления сильфона заключается в профилировании тонкостенной трубной заготовки 1 в продольном направлении с образованием, на ее диаметре в зонах максимальной деформации во время формообразования гофр, утолщений 2, чередующихся с зонами 3 минимальной деформации заготовки 1, установке заготовки 1, для выполнения формообразующей операции, в оснастку 5. При этом, толщиной стенки готовой детали 6, в процессе формообразования, управляют размещением в зонах минимальной деформации 3 заготовки 1 элементов оснастки 4, ограничивающих перемещение ее отдельных участков.The proposed method for manufacturing a bellows consists in profiling a thin-walled tubular billet 1 in the longitudinal direction with the formation, on its diameter in the zones of maximum deformation during the shaping of corrugations, thickenings 2, alternating with zones 3 of minimal deformation of the billet 1, installing the billet 1 to perform the shaping operation, in the tooling 5. In this case, the wall thickness of the finished part 6, in the process of shaping, controls the placement in the zones of minimum deformation 3 of the workpiece 1 of the tooling elements 4, limiting the movement of its individual sections.

Тонкостенная трубная заготовка 1 сильфона может быть выполнена с постоянным внутренним диаметром и утолщениями 2, расположенными с внешней стороны заготовки 1. В этом случае элементы оснастки 4 размещают с внешней стороны в зонах 3 минимальной деформации заготовки 1, а формообразование ведут в радиальном направлении, за счет усилия, действующего со стороны внутреннего диаметра трубной заготовки 1, например, роликами 7.Thin-walled tubular billet 1 of the bellows can be made with a constant inner diameter and thickenings 2 located on the outside of the billet 1. In this case, the tooling elements 4 are placed on the outside in the zones 3 of minimum deformation of the billet 1, and the shaping is carried out in the radial direction, due to force acting on the side of the inner diameter of the pipe blank 1, for example, rollers 7.

Также, тонкостенную трубную заготовку 1 сильфона можно выполнить с внешним диаметром постоянной толщины и внутренним диаметром - переменной толщины, а формообразование вести в радиальном направлении, за счет усилия, действующего со стороны внешнего диаметра заготовки.Also, the thin-walled tubular billet 1 of the bellows can be made with an outer diameter of constant thickness and an inner diameter of variable thickness, and shaping is carried out in the radial direction, due to the force acting from the outer diameter of the billet.

В предпочтительном варианте профилирование тонкостенной трубной заготовки 1 в продольном направлении осуществляют ротационной вытяжкой. Существующие специализированные высокоточные трехроликовые станки ротационной вытяжки с числовым программным управлением позволяют изготовить требуемую заготовку с требуемым распределением толщины стенки как с утолщениями, расположенными с наружной стороны заготовки, так и с утолщениями, расположенными на внутренней стороне заготовки. Профилированную заготовку можно изготовить и точением на токарных станках.In a preferred embodiment, the longitudinal profiling of the thin-walled tube blank 1 is performed by rotary drawing. Existing specialized high-precision three-roller machines for rotary drawing with numerical control make it possible to manufacture the required workpiece with the required distribution of wall thickness both with nubs located on the outside of the workpiece and with nubs located on the inner side of the workpiece. The profiled workpiece can also be produced by turning on lathes.

На схеме реализации способа изготовления сильфона, представленной на фиг. 1, профилированную по толщине стенки в продольном направлении трубную заготовку 1, имеющую утолщения 2, устанавливают в оснастку для выполнения формообразующей операции. В рассматриваемом случае, оснастка выполнена в виде колец 5, ограничивающих перемещение концевых участков заготовки в радиальном направлении. С внешней стороны заготовки 1 в зонах 3 минимальной деформации размещают элементы оснастки, ограничивающие перемещение ее отдельных участков в радиальном направлении в процессе формообразования гофров, в виде разрезных полуколец 4. Разрезные полукольца предназначены для формообразования впадин сильфона с последующим свободным удалением из межгофрового пространства. Заготовку с оснасткой помещают в установку для формообразования и осуществляют формообразование гофров за счет усилия, действующего со стороны внутреннего диаметра трубной заготовки 1 известными методами, например, подачей жидкости высокого давления, непоказанной на фиг. 1. При этом полукольца 4 исключают тангенциальные пластические деформации заготовки и одновременно обеспечивают создание изгибных пластических деформаций на участках заготовки, контактирующих с внутренним диаметром полуколец. На участках, не ограниченных полукольцами 4, происходят интенсивные растягивающие пластические деформации в продольном и тангенциальном направлении с одновременным изгибом в вершинах гофров, которые приводят к утонению заготовки в этих зонах. Определяя расчетно-экспериментальным методом величину и распределение толщины заготовки в продольном направлении, можно получить гофры с требуемым распределением толщины, например, изготовить гофры без утонения в вершинах. Это важно, как для сильфонов, используемых в качестве датчиков, так и для сильфонов, эксплуатируемых при высоких давлениях и температурах. Таким образом, при реализации предложенного способа появляется возможность управлять толщиной стенки изготавливаемого сильфона.In the diagram of the implementation of the method for manufacturing the bellows shown in Fig. 1, a tubular billet 1, profiled along the wall thickness in the longitudinal direction, having thickenings 2, is installed in a tooling for performing a shaping operation. In this case, the tooling is made in the form of rings 5, limiting the movement of the end sections of the workpiece in the radial direction. On the outside of the workpiece 1, in zones 3 of minimal deformation, the tooling elements are placed, limiting the movement of its individual sections in the radial direction during the shaping of corrugations, in the form of split half-rings 4. The split half-rings are intended for the formation of bellows depressions with subsequent free removal from the inter-corrugation space. The workpiece with the tooling is placed in a shaping unit and the corrugations are formed due to the force acting on the side of the inner diameter of the tubular workpiece 1 by known methods, for example, by supplying a high-pressure liquid, not shown in FIG. 1. In this case, the semirings 4 exclude tangential plastic deformations of the workpiece and at the same time ensure the creation of bending plastic deformations in the sections of the workpiece in contact with the inner diameter of the semirings. In areas not limited to half rings 4, intense tensile plastic deformations occur in the longitudinal and tangential directions with simultaneous bending at the corrugation tops, which lead to thinning of the workpiece in these zones. Determining the value and distribution of the thickness of the workpiece in the longitudinal direction by the calculation-experimental method, it is possible to obtain corrugations with the required thickness distribution, for example, to make corrugations without thinning at the tops. This is important for both bellows used as sensors and bellows operating at high pressures and temperatures. Thus, when implementing the proposed method, it becomes possible to control the wall thickness of the manufactured bellows.

В варианте реализации способа изготовления сильфона, изображенном на фиг. 2, деформирование гофров осуществляют роликами 7, расположенными в полости заготовки 1 и синхронно перемещающимися в радиальном и продольном направлении.In the embodiment of the method for manufacturing the bellows shown in FIG. 2, the deformation of the corrugations is carried out by rollers 7 located in the cavity of the workpiece 1 and synchronously moving in the radial and longitudinal directions.

В варианте реализации способа изготовления сильфона, изображенном на фиг. 3, отличительной особенностью является формообразование гофров в радиальном направлении, за счет усилия, действующего со стороны внешнего диаметра заготовки. Это можно осуществить различными известными способами, например, давлением, создаваемым роликами, эластичной средой или импульсным магнитным полем.In the embodiment of the method for manufacturing the bellows shown in FIG. 3, a distinctive feature is the formation of corrugations in the radial direction, due to the force acting from the outer diameter of the workpiece. This can be done in various known ways, for example, by pressure from rollers, elastic media or pulsed magnetic field.

В варианте реализации способа изготовления сильфона, изображенном на фиг. 4, представлена трубная заготовка 1, у которой утолщения 2 выполнены на внутренней поверхности. Такой вариант реализации способа может быть целесообразен с точки зрения упрощения проектирования технологической оснастки для формообразования сильфонов или конструктивных особенностей гофров.In the embodiment of the method for manufacturing the bellows shown in FIG. 4, there is shown a tubular blank 1, in which the bulges 2 are made on the inner surface. Such a variant of the method implementation can be expedient from the point of view of simplifying the design of technological equipment for the formation of bellows or design features of corrugations.

На фиг. 5 представлена заготовка 1 с утолщениями на внешней поверхности и готовый сильфон 6 после формообразования гофров предлагаемым способом.FIG. 5 shows a workpiece 1 with thickenings on the outer surface and a finished bellows 6 after shaping the corrugations by the proposed method.

На фиг. 6 представлена заготовка 1 с утолщением на внешней поверхности и готовый одногофровый сильфон 9 после формообразования гофра предлагаемым способом.FIG. 6 shows a workpiece 1 with a thickening on the outer surface and a finished one-piece bellows 9 after the corrugation is formed by the proposed method.

Таким образом, реализация предложенного способа изготовления сильфонов позволяет обеспечить требуемое управление толщиной стенки изготовленной детали, а тем самым, повысить ее качество.Thus, the implementation of the proposed method for manufacturing bellows makes it possible to provide the required control of the wall thickness of the manufactured part, and thereby improve its quality.

Claims

1. A method for manufacturing a bellows, which consists in manufacturing a thin-walled tubular billet, installing a billet in a tooling to perform a shaping operation, characterized in that a thin-walled tubular billet is profiled in the longitudinal direction with the formation of thickenings on its diameter in the zones of maximum deformation during the shaping of corrugations, alternating with thinning in zones of minimum deformation of the workpiece, while the wall thickness of the finished part in the process of shaping controls the placement in the zones of minimum deformation of the workpiece of the tooling elements, limiting the movement of its individual sections.

2. The method according to claim 1, characterized in that the thin-walled tubular billet of the bellows is made with a constant inner diameter, the thickenings are located on the outside of the billet, the tooling elements are placed on the outside in the zones of minimal deformation of the billet, and the shaping is carried out in the radial direction, due to force acting from the inner diameter of the pipe billet.

3. The method according to claim 1, characterized in that the thin-walled tubular billet of the bellows is made with an outer diameter of constant thickness and an inner diameter of variable thickness, and shaping is carried out in the radial direction, due to the force acting from the outer diameter of the billet.

4. The method according to claim 1, characterized in that the longitudinal profiling of the thin-walled tubular blank is performed by rotary drawing.