HU188156B - Method for producing thin-walled one-section metal bodies first for pressure vessels and the hollow metal body produced by the method - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás vékonyfalú, egy darabból álló üreges fémtestek előállítására, elsősorban nyomásálló tartályokhoz, és az eljárással előállított üreges fémtest.

Ismerétes, hogy különösen az utóbbi években a fémtartályok gyártói nagy figyelmet fordítottak a költségcsökkentésre. Mivel egy tartály árának kb. 50%-át az anyagköltség teszi ki, nyilvánvaló, hogy a teljes költség elsősorban a felhasznált fém menynyiségének csökkentésével mérsékelhető. Ez lényegében a tartály hengeres fala vastagságának csökkentésével érhető el, mivel ennek előállításához szükséges a felhasznált fém legnagyobb része.

Az erre irányuló erőfeszítések azonban nem vezethetnek egykönnyen eredményre, mivel a tartály falának nemcsak a belső üzemi nyomásnak kell ellenállnia, hanem kellő szilárdságot kell tanúsítania a külső mechanikai hatásokkal szemben is a használat különböző fázisaiban, így a szállításnál, a feltöltésnél, a lezárásnál és a továbbiak során is.

Az említett tartályok gyártásánál további nehézséget okoz az, hogy a jó mechanikai tulajdonságokkal rendelkező fémek megmunkálása nehéz, és különösen a nagy belső üzemi nyomást is elviselő tartályokat illesztések és hegesztések nélkül egy darabból célszerű készíteni, amelynek általában félgömb alakú, vagy csúcsos fejrészén egyetlen szűk nyílás van a lezáró és kibocsátó szelep számára. Egy ilyen típusú tartály a hegesztéssel, vagy más módon csatlakoztatott külön fejrésszel rendelkező tartályokhoz képest azzal a lényeges előnnyel rendelkezik, hogy sokkal biztonságosabb a tartály esetleg veszélyes tartalmának szivárgásával szemben. Az egy darabból készült tartály az említett más típusokkal ellentétben azzal a további előnnyel is rendelkezik, hogy a gyártás folyamán kevesebb hulladék keletkezik. Az említett előnyök még szembetűnőbbek az olyan tartályokhoz viszonyítva, amelyeknek fal és/vagy fenékrészén is illesztések vannak.

A gyártási eljárások tekintetében ismeretes az, hogy az említett típusú nyomásálló tartályokat, amelyek pl. aeroszolok befogadására alkalmasak, jelenleg általában úgy gyártják, hogy először egy kívánt falvastagságú hengert állítanak elő egy darabban, homorúan bemélyített fenékkel, majd a henger falának felső részét peremezik, vagy beszűkítik, attól függően, hogy külön felillesztett fejjel rendelkező, vagy egy darabból álló tartályt kívánnak előállítani. Mindkét típusú tartály végső formájában egy szűk, peremezett nyílással rendelkezik a szelep elhelyezéséhez a töltés után.

Az említett hengert különböző technológiákkal lehet gyártani, de elsősorban a rúdsajtolást, illetve a mélyhúzást és nyújtást alkalmazzák.

Az előbbi technológiánál a hengert egyetlen lépésben állítják elő, amely után azonban a legkorszerűbb eljárásoknál egy méretre készítési műveletet hajtanak végre kismértékű nyújtással és a fenék bemélyítésével egy húzópadon.

Az említett rúdsajtolási technológia előnyösen alkalmazható könnyen megmunkálható fémekhez, pl. alumíniumhoz, de nem használható más fémek, pl. a 3004 H 19 jelű alumínium ötvözet alakításához, mivel a kis falvastagság miatt, valamint a '

termelékenységgel (az időegységenként előállított gyártmányok száma) kapcsolatban különböző műszaki nehézségek lépnek fel.

Az utóbbi, legkorszerűbbnek tekintett technológia lényegében egy fémlemezen végrehajtott kivágási és mélyhúzási műveleten alapszik, ami általában egy kettősműködésű, többszerszámos, sülylyesztékbe sajtoló préssel történik, mqjd az így előállított hengeres csészét nyújtják egy húzópadon, amelynek megfelelő alakú nyomófeje a csészét átkényszeríti két vagy három külön elhelyezett kalibrált gyűrűn, amelyek kissé csökkenő belső átmérővel rendelkeznek. Ezen a mcidon a csésze fala a nyújtás miatt számottevően meghosszabbodik, valamint egyidejűleg csökken a falvastagság és a henger falméretei igen pontossá válnak.

Mindkét említett technológiánál mechanikai szempontok miatt a henger egy adott magasságában körülvágási műveletet hajtanak végre és kismértékben alakítják a henger felső szélét, hogy előkészítsék a fej számára.

Amikor egy darabból álló tartályokat állítanak elő, lehetséges a henger sajtolási műveletének kombinálása a hengerfej beszűkitésével, annak következtében, hogy az elsőként említett technológiának megfelelő megmunkálásnál a már ismertetett okokból olyan jól alakítható fémeket használnak, amelyek az extruderreí történő alakítás következtében nem keményednek és ezzel nem nehezítik meg, vagy nem teszik lehetetlenné a beszűkítési műveletet.

Az említett kombinációt viszont eddig nem valósították meg a másik technológiánál, amelynél a hengert mélyhúzással és nyújtással állítják elő húzópadon, amikoris a hengerek fala, elsősorban a kis vastagságú falak, igen erősen keményednek, ami főként azoknál a fémeknél nehezíti meg a további alakítást, amelyek szerkezeti és fizikaimechanikai tulajdonságaik következtében a nyújtásnál különösen könnyen keményednek.

Célunk a találmánnyal olyan eljárás létrehozása egy darabból álló, homorú fenékkel és domború, előnyösen félgömb alakú, vagy csúcsos fejjel és peremezett nyílással rendelkező üreges fémtestek előállítására, amely szerint az egy darabból álló fémtesteket igen vékony oldalfallal állítjuk elő, amely nagyfokú hidegalakítási keményedést mutat jó mechanikai jellemzők mellett.

További célunk a találmánnyal olyan, a fentiekben leírt típusú, egy darabból álló üreges fémtestek előállítása, amelyek könnyebbek, mint az ismert eljárásokkal gyártott hasonló ta rtályok, de azokkal egyenértékű mechanikai jellemzőkkel rendelkeznek.

A találmány szerint a kitűzött feladatot úgy oldjuk meg, hogy kombináljuk a henger előállításának húzópadon végzett mélyhúzással és nyújtással végrehajtott technológiáját a hengerfej szűkítésére szolgáló olyan technológiával, amely a fejet szűkítő több egymást követő lépésen alapszik, továbbá előnyösen az említett eljárás egy lényegében csak a henger szűkített felső részére korlátozott hevítéssel köthető össze, amelyet a nyújtási művelet és a szűkítés i művelet között hajtunk végre.

A javasolt szűkítést technológia az említett hevítést lépéssel együtt biztosítja, hogy gyártási hibák-21

188 156 tói mentes, egy darabból álló kész terméket kapjunk.

A találmány tárgyát a továbbiakban kiviteli példa és rajzok alapján ismertetjük részletesebben. A rajzokon az

1. ábra: berendezés tárcsák kivágására fémlemezből és csészék mélyhúzására, a

2. ábra: tárcsák kivágása fémlemezből háromszerszámos préssel, a

3. ábra: a csésze nyújtása gyűrűkön, a

4. ábra: a hevítési művelet, az

5. ábra: a szűkítő gép vázlata, és a

6. ábra: a henger fejének fokozatos szűkítése.

A találmány szerinti eljárást előnyösen egy automata gyártósoron hajtjuk végre, amely az egyes műveleti lépéseket megvalósító, önmagukban ismert gépeket tartalmaz. Az eljárás során a következő műveleteket végezzük el:

a) Egy tekercsről fémlemezt tekercselünk le és egy függőleges, kettős működésű, többszerszámos présbe vezetjük, amely elvégzi a kivágást és a mélyhúzást. A tárcsák kivágását és csészékké történő mélyhúzását az 1. ábra szerinti préssel végezzük, amely az 1 kivágó és leszorító szerszámot, valamint a 2 mélyhúzó szerszámot tartalmazza, amelyek a 3 fémlemezből előállítják a 4 csészét. A többszerszámos préssel egyidejűleg több 4 csészét lehet előállítani, így pl. egy háromszerszámos préssel a 2. ábra szerint a 3 fémlemezből egyidejűleg vágjuk ki az 5 tárcsákat és végezzük el a mélyhúzást.

b) A 4 csészéket egy háromgyűrűs vízszintes húzópadon újabb mélyhúzásnak és nyújtásnak vetjük alá. A 4 csészék alakváltozása, amíg felveszik egy vékonyfalú, hosszúkás henger alakját, a 3. ábrán látható. Itt a 4 csészéből az ismételten mélyhúzott 6 csésze, majd a három 10 gyűrűn végzett húzás és nyújtás után rendre a 7,8 majd 9 henger keletkezik, és végül egy 11 ellendugattyúval homorúra alakítjuk a 9 henger fenékrészét.

c) A szokásos technikával végrehajtjuk a körülvágást az egy darabból álló homorú fenekű 9 hengeren, a kívánt magasságban.

d) Zsírtalanítást - maratást végzünk az előző mechanikai műveletek során alkalmazott kenőanyagok eltávolítására.

e) Az egy darabból álló 9 henger 13 fejét 12 gázlánggal hevítjük, miközben a 9 hengerek 14 szállitóláncra vannak szerelve (4. ábra), és a hevítést lényegében a szűkítendő területre korlátozzuk. A hevítés megfelelő végrehajtásához mind az égők számát, mind a láng intenzitását előre be kell állítani a 14 szállítólánc sebességének függvényében úgy, hogy a 9 hengerek 13 fejeinek hőmérséklete elegendő legyen a szűkítést és peremezési műveletek megfelelő elvégzéséhez, de a 9 hengernek az a szakasza, amelynek a szűkítési műveletek során is meg kell tartania hengeres alakját, ne szenvedjen számottevő károsodást mechanikai tulajdonságainak tekintetében. Ennek érdekében az eljárás során az érintett zónák hőmérsékletét periodikusan ellenőrizni kell kontakthőmérők, vagy más alkalmas eszközök segítségével. A 4. ábra vázlatosan mutatja a hevítési műveletet, amikor a 14 szállítóláncon elhelyezett 9 hengerek 13 fejét a 12 gázlángok hevítik.

A hevítési művelet több más műszakilag egyenértékű megoldással is végrehajtható, így pl. gázkemencék, indukciós kemencék, vagy ellenálláskemencék különböző típusaival.

Szükség esetén a hevítés még pontosabban lokalizálható a 9 henger nem szűkített szakaszának hűtésével, ami pl. sűrített levegő-sugárral oldható meg.

f) Elvégezzük a belső és külső festést és a feliratok nyomtatását.

g) Kialakítjuk a 9 henger fejét automatikus szűkítő gépben, amely körkörös geometriájú, és körkörös mozgást végez, továbbá a találmány szerint huszonnégy műveleti állomással rendelkezik, és létrehozza a kívánt, általában csúcsos, vagy félgömb alakot a peremezett nyílással a 9 henger felső részén.

A szűkítő gép vázlatosan látható az 5. ábrán, amely feltünteti az x ill. y beviteli- és kenöállomásokat, a tizennyolc a-s szűkítő állomást az egymást követő szűkítésekhez, amelyek során az egyes lépésekben elért méretcsökkenés 2 4 mm, továbbá a l, u, v forgó orsókat a tartályok nyílásának alakításához és peremezéséhez, valamint a nyílás szélének hengeres süllyesztéséhez, és végül a z kiadó állomást. A 6. ábra vázlatosan szemlélteti, hogy az egyes szűkítési lépésex után milyen alakot vesz fel a 9 henger feje. A 6. ábrán látható a szűkítendő 15 fejrész és a vékony 16 fal, amelynek változatlanul meg kell tartania méreteit, továbbá a 17 fej az utolsó szűkítés után kialakult nyakkal, a 18 fej a hornyolt nyílással, valamint a peremezett és hengeresen süllyesztett nyílással rendelkező 19 fej. Az utolsó művelet biztosítja azt, hogy a nyílás teljesen síkban legyen, annak érdekében, hogy biztonságosan lehessen elhelyezni a szelepet a töltés után.

Példa

A találmány szerinti eljárás jobb megvilágítása érdekében egy példát ismertetünk, amely kétféle méretű, egy darabból álló üreges fémtest kialakítására vonatkozik, amelyek külső átmérője 53 ill. 74 mm.

A fentiekben ismertetett előnyös kiviteli alak és az ábrák kapcsán már említett lemeztekercs a 3004 H 19 jelű alumínium ötvözetből van A betáplálás] sebességet a háromszerszámos függőleges prés sebességének megfelelően választottuk meg, amely a 3 fémlemezből való kivágással és mélyhúzással előállítja azokat a 4 csészéket, amelyeket a húzópadra továbbítunk, és ott újabb mélyhűzásnak és három hideghúzásnak vetünk alá. A húzópad nyomószerszáma olyan alakú, hogy a 9 henger szűkítendő 15 fejrészének vastagsága valamivel nagyobb, mint a változatlanul maradó 16 fal vastagsága. A fő méreteket az említett mélyhúzási és nyújtási műveletek előtt, azok során, ill. után az 1. táblázat tartalmazza. A táblázatban foglalt értékek az 53 ill. 74 mm átmérőjű, egy darabból álló fémtestekre vonatkoznak.

-3188 156

I. táblázat egy darabból álló típus

Paraméterek	53 mm	74 mm
méretek, mm
A kiinduló lemez vastagsága	0,6	0.8
A kivágott korong átmérője	147.2	208
A csésze átmérője	88.3	125
A csésze magassága	39.3	55.3
Az újrahúzott test átmérője	53.5	75.5
Az újrahúzott test magassága	87.8	124.4
Magasság a hideghúzás után	190	312
A vékony fal vastagsága	0.23	0.30
A fenékrész vastagsága	0.6	0.8
A kész test magassága	175	287
A kész nyílás átmérője	25.4	25.4

A hevítést a nyújtási és a szűkítési művelet között végezzük, még pontosabban a zsírtalanítás - maratás után és a festés előtt; a hevítés folyamán a felső ²⁰ perem legmelegebb részének hőmérséklete 320-350 ’C. A szűkítési műveletet lényegében úgy hajtjuk végre, ahogy azt a kiviteli példában leírtuk, tizenkettő ill. tizennyolc lépésben a példakénti két méretnél, amelynek nyílásmagasságát és átmérőjét a ²⁵ kész állapotban a fenti 1. táblázat adja meg.

Végül a 2. táblázat az egy darabból készült testek súlyát adja meg egyrészt az ismert rúdsajtolás alkalmazásakor (kalibrálással kiegészítve), ez a 2. táblázatban E eljárásként szerepel, és másrészt a ³⁰ találmány szerinti eljárással előállítva a rúdsajtolás és a nyújtás kombinálásával, ami a 2. táblázatban I és S eljárásként szerepel.

Az egy darabból álló testek méretei a 2. táblázatban az átmérő és a magasság mm-ben megadott ³⁵ értékeinek szorzataként szerepelnek. A két különböző eljárással előállított és a táblázatban szereplő testek egyforma szilárdságot tanúsítanak a belső üzemi nyomással szemben.

2. táblázat

Az egy darabból álló	Az egy darabból álló kész testek tömege g-ban
testek méretei	E eljárás	I és S eljárás
53 x 175	35	26
74x287	88	68
Anyag	Alumínium 99.9	Ötvözet 3004 H 19

A 2. táblázatban feltüntetett adatok világosan mutatják, hogy a találmány szerinti eljárás alkalmazásával az egy darabból álló üreges testek gyártásakor jelentős anyagmegtakarítás érhető el.

A találmány nemcsak a fenti leírás és a mellékelt 5^C rajzok szerint valósítható meg, hanem számos módosítás és változat lehetséges a találmány körén belül, valamint az eljárás és a termék egyes részletei helyettesíthetők más műszakilag egyenértékű elemekkel.

Claims (7)

1. Eljárás vékonyfalú, egy darabból álló üreges fémtestek előállítására, elsősorban nyomásálló tartályokhoz, amelyek egy vékonyfalú, hengeres központi testet, egy homorúan Ijemélyített fenékrészt és egy kupolaszerű, előnyösen félgömb alakú, vagy csúcsos, és peremezett nyílással ellátott fejet tartalmaznak, azzal jellemezve, hogy mélyhúzás és nyújtás során nagymértékben kernényedő és jó mechanikai tulajdonságokat elérő fémlemezből (3) mélyhúzással és nyújtással homorúan bemélyített fenekű, üreges hengert (9) állítunk elő, majd legalább tizenkettő, előnyösen tizenkettő - tizennyolc egymást követő lépésben beszűkítjük a henger (9) fejrészét (15), és végül végrehajtjuk a szokásos befejezési műveleteket.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja azzal jellemezve, hogy a mélyhúzási és nyújtási művelet és a henger (9) fejrészének (15) szűkítéssel végzett alakítása között hevítjük a henger (9) szűkítendő felső részét.

3. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a szűkítés folyamán az egyes szűkítési műveletekkel megvalósított átmérőcsökkenés legfeljebb 4 mm, előnyösen pedig 2 és 4 mm között van.

4. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy az alkalmazott fém egy alumínium ötvözet, előnyösen 3004 H 19 jelű ötvözet.

5. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy az egy darabból álló testek átmérője 22-80 mm és magassága 65-300 mm.

6. Egy darabból álló üreges fémtest, elsősorban nyomásálló tartályokhoz, azzal jellemezve, hogy az 1 igénypont szerinti eljárással van előállítva és egy homorúan bemélyített fenekű, egy darabból álló hengeres tartályt tartalmaz, amelynek kupola, vagy hasonló alakú és peremezett nyílással ellátott feje van, amely tartály különösen alkalmas nyomás alatt álló anyagok, pl. aeroszolok, tűzoltó anyagok és hasonlók befogadására.

7. A 6. igénypont szerinti üreges fémtest kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a felhasznált fém egy alumínium ötvözet, előnyösen 3004 H 19 jelű ötvözet.