CZ307376B6 - Způsob výroby dutých těles z martenziticko-austenitických AHS ocelí zatepla vnitřním přetlakem s ohřevem v nástroji - Google Patents

Abstract

Způsob výroby dutých těles z martenziticko-austenitických AHS ocelí vnitřním přetlakem v dutině formy, kdy polotovar je vložen za studena do formy, která se uzavře, polotovar je přitlačen k elektrodám zabezpečujícím přívod proudu pro odporový ohřev na teplotu 950 °C. Při této teplotě je do vnitřního prostoru polotovaru napuštěno plynové médium pod tlakem, načež je tvářecí nástroj otevřen a polotovar je přesunut do další formy, kde je polotovar opět ohřátý na teplotu 950 °C. Poté je do vnitřního prostoru polotovaru znovu napuštěno plynové médium pod tlakem, po ukončení tvářecího procesu je polotovar vyjmut z formy a je dále tepelně zpracován a/nebo ochlazen na teplotu okolí.

Description

Vynálezem je způsob výroby dutých těles z martenziticko-austenitických AHS ocelí zatepla vnitřním přetlakem s ohřevem v nástroji.

Dosavadní stav techniky

Dutá tělesa mají značný potenciál pro využití v lehkých konstrukcích. Při jejich technických aplikacích je lépe využito hmotnosti materiálu pro zabezpečení jejich funkce. Kromě dutých těles, kde je dutina nutnou funkční podmínkou, například potrubí, tlakové nádoby, kotle, výměníky, pružiny, atd., vzrůstá počet aplikací, kde je dutina především prvkem úspory hmotnosti a i rotačního momentu setrvačnosti. Příkladem jsou duté rotující hřídele, které jsou podstatně lehčí než stejné hřídele z masivního materiálu. Přesto mohou duté hřídele při stejných vnějších rozměrech přenášet porovnatelný kroutící moment. Navíc se pro jejich roztáčení a brzdění spotřebuje, díky nižšímu momentu setrvačnosti, podstatně méně energie. Čím lepší má materiál mechanické vlastnosti, tím může být tenčí stěna a tím vyšší je efektivita použité hmotnosti v konstrukčním prvku. Dutá tělesa vyráběná z ocelí je nutno nejprve zpracovat do požadovaného tvaru a poté, pro dosažení vynikajících vlastností, je nutno je tepelně zpracovat, aby dosáhla vysoké pevnosti a dostatečné houževnatosti. Tvar takového polotovaru může být vyroben různými způsoby, kupříkladu obráběním, tvářením či svařováním.

Nevýhodou dosavadního způsobu výroby dutých těles, resp. jejich polotovarů, je problematické, technicky a materiálově náročné, stejně jako finančně nákladné dosažení jejich tvaru a optimálních vlastností. Navíc u postupů konvenčního obrábění vzniká velké množství odpadu v podobě třísek. Při konvenční kombinaci tváření, nebo i jiných metod s následným zpracováním je potřeba více ohřevů a tím je vyšší celková energetická bilance výroby. U některých komplikovaných tvarů, například nerotačních a s nepřímou osou je výroba konvenčními technologiemi dokonce nemožná. Proto bylo v nedávné minulosti navrženo několik postupů, které umožňují vyrobit dutá tělesa zatepla ve formě, přetlakem plynového média. Takový způsob výroby je popsán kupříkladu v dokumentu CZ 307 213 popisujícím způsob výroby dutých nebo tvarovaných prostorových těles z polotovarů zatepla. Všechny dosavadní postupy využívají externího ohřevu polotovaru v podobě trubky buďto v peci, nebo v cívce indukčního ohřevu. Poté je trubka vložena do formy, forma je uzavřena a následuje tváření vnitřním přetlakem plynu. Nevýhodou je to, že pro manipulaci trubky ze zařízení pro ohřev je potřebný mezioperační čas, který vede k tomu, že teplota trubky poklesne, a proto musí být před procesem ohřátá na vyšší teplotu, než je pro vlastní proces potřebné. To vyžaduje delší časy ohřevu a větší množství energie. Navíc dochází po čas vysoké teploty ohřevu k růstu austenitického zrna, což se projevuje negativně na tvorbě mikrostruktury a tím na výsledných mechanických vlastnostech. Další nevýhodou je to, že lze provést pouze jeden tvářecí krok, který je omezen plastickými vlastnostmi materiálu. Během tváření se plastické vlastnosti vyčerpávají a při dosažení limitní hodnoty plasticity dochází k porušení materiálu polotovaru. To limituje dosažení tvarové rozmanitosti kontury.

Podstata vynalezu

Podstatou vynálezu je způsob výroby dutých těles z martenziticko-austenitických AHS ocelí vnitřním přetlakem s možností vícenásobného tváření v nástroji zatepla. V prvním kroku je do dělené formy pro tváření vnitřním přetlakem plynu vložen polotovar dutého tělesa, například v podobě trubky. Forma je uzavřena v dělicí rovině. Na obou koncích je polotovar uzavřen

- 1 CZ 307376 B6 kuželovými uzávěry, které zabezpečí tlakovou těsnost vnitřního prostoru trubky a zároveň přitlačí stěnu trubky k elektrodě, která se nachází na kuželové části uzávěru. Uzávěr je oddělen elektrickou izolací od formy. Elektrodou je přiveden proud do trubky, která je vlastním odporem materiálu ohřátá na požadovanou teplotu tváření. Při dosažení požadované teploty je přiveden do vnitřního prostoru trubky tlak plynu, který způsobí plastickou deformaci materiálu. Dojde k vyplnění dutiny formy tak, že vznikne tvar vhodný pro další postupový tvar. Poté se tlak plynu sníží tak, že se vyrovná s okolním tlakem, závěry se vysunou, forma se otevře a polotovar se přesune do další dutiny, která je charakteristická tím, že se jejich stěn, kromě kuželového uzávěru, polotovar nedotýká. Forma se uzavře. Závěry se zasunou a opět přitlačí stěnu polotovaru k elektrodě. Elektrodou je přiveden proud do polotovaru, který ho opětovně zahřeje na tvářecí teplotu. V době mezi tvářecími operacemi probíhá rekrystalizace, čímž se obnoví plasticita materiálu pro další tváření zatepla. Bezprostředně po dosažení požadované teploty se do polotovaru opět napustí plyn a zvýší se jeho tlak až na hodnotu, při které dojde k dolehnutí stěny polotovaru na stěny formy. Tento postup lze aplikovat následně vícekrát za sebou. Po posledním kroku může následovat integrované tepelné zpracování, nebo může být polotovar ochlazen na teplotu okolí.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1

Dutý výchozí polotovar v podobě trubky o poloměru 20 mm a tloušťkou stěny 4 mm je vyroben z materiálu 32MnB. V prvním kroku je polotovar vložen za studená do formy. Forma se uzavře a do konců polotovaru jsou zalisovány kuželové uzávěry. Polotovar se plasticky deformuje, čímž se vytvoří hermetický uzávěr a navíc je materiál přitlačen k elektrodám, které zabezpečují přívod proudu pro odporový ohřev. Odporem materiálu dojde k ohřátí trubky na 950 °C a při této teplotě je do vnitřního prostoru polotovaru napuštěno plynové médium v podobě dusíku pod tlakem 900 MPa po dobu alespoň 2 minut. Vlivem tlaku dojde k expanzi polotovaru tak, že dojde k vyplnění vnitřní kontury formy a tím k dosažení finálního tvaru. Poté je tvářecí nástroj otevřen, duté těleso ve formě přesunuto do další dutiny. Poté se forma opět uzavře a do konců polotovaru jsou zatlačeny kuželové uzávěry, čímž se vytvoří hermetický uzávěr vnitřku polotovaru. Polotovar je opět ohřátý na teplotu tváření 950 °C a po té do vnitřního prostoru polotovaru znovu napuštěn dusík pod tlakem 900 MPa dobu alespoň 2 minut, který způsobí plastickou deformaci polotovaru, který tím dolehne na stranu formy. Po ukončení tvářecího procesu je polotovar vyjmut z formy a bude dále tepelně zpracován, nebo ochlazen na teplotu okolí.

Příklad 2

Dutý výchozí polotovar v podobě trubky o poloměru 30 mm a tloušťkou stěny 6 mm, je vyroben z materiálu 25SiCrB. V prvním kroku je polotovar vložen za studená do formy, ta se uzavře a do konců polotovaru jsou zalisovány kuželové uzávěry. Polotovar se plasticky deformuje, čímž se vytvoří hermetický uzávěr a navíc je materiál přitlačen k elektrodám, které zabezpečují přívod proudu pro odporový ohřev. Odporem materiálu dojde k ohřátí trubky na 950 °C po dobu alespoň 3 minut a při této teplotě je do vnitřního prostoru polotovaru napuštěno plynové médium v podobě dusíku pod tlakem 900 MPa. Vlivem tlaku dojde k expanzi polotovaru tak, že dojde k vyplnění vnitřní kontury formy a tím k dosažení finálního tvaru. Poté je tvářecí nástroj otevřen, duté těleso ve formě přesunuto do další dutiny. Poté se forma opět uzavře a do konců polotovaru jsou zatlačeny kuželové uzávěry, čímž se vytvoří hermetický uzávěr vnitřku polotovaru. Polotovar je opět ohřátý na teplotu tváření 950 °C a po té je do vnitřního prostoru polotovaru znovu napuštěn dusík pod tlakem 800 MPa po dobu alespoň 2 minut, který způsobí plastickou deformaci polotovaru, který tím dolehne na stranu formy. Po ukončení tvářecího procesu je polotovar vyjmut z formy a buď dále tepelně zpracován, neboje dochlazen na teplotu okolí.

-2CZ 307376 B6

Průmyslová využitelnost

Vynález lze uplatnit při výrobě kovových součástí, zejména v těžkém strojírenství či v automobilovém průmyslu.

Claims (1)

1. Způsob výroby dutých těles z martenziticko-austenitických AHS ocelí vnitřním přetlakem v dutině formy, vyznačující se tím, že polotovar je vložen za studená do dutiny formy, která se uzavře, polotovar je přitlačen k elektrodám zabezpečujícím přívod proudu pro odporový ohřev na teplotu 950 °C a při této teplotě je do vnitřního prostoru polotovaru napuštěno plynové médium pod tlakem, načež je tvářecí nástroj otevřen a polotovar je přesunut do další dutiny formy, kde je polotovar opět ohřátý na teplotu 950 °C a poté je do vnitřního prostoru polotovaru znovu napuštěno plynové médium pod tlakem, po ukončení tvářecího procesu je polotovar vyjmut z formy a je dále tepelně zpracován a/nebo ochlazen na teplotu okolí.