RU12057U1 - Рогообразный сердечник для изготовления отводов - Google Patents

Abstract

1. Рогообразный сердечник для изготовления отводов, выполненный в виде изогнутого стального стержня с последовательно расположенными на нем заходным, формообразующим и калибрующим участками, отличающийся тем, что изогнутый стальной стержень выполнен анизотропным по твердости, при этом в поверхностном слое толщиной не менее 5 мм его твердость не менее чем на 20 HV выше твердости остальной части изогнутого стального стержня.2. Рогообразный сердечник для изготовления отводов по п.1, отличающийся тем, что поверхностный слой выполнен в виде напрессованной и приваренной к торцам стержня стальной цилиндрической оболочки.3. Рогообразный сердечник для изготовления отводов по п.1 или 2, отличающийся тем, что поперечные сечения формообразующего участка изогнутого стержня выполнены с неосесимметричным профилем, имеющим две криволинейные грани.4. Рогообразный сердечник для изготовления отводов по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что неосесимметричные профили сечений формообразующего участка изогнутого стержня образованы двумя окружностями разных радиусов, плавно увеличивающихся от начала до конца участка, и двумя касательными к ним прямыми, причем окружность большего радиуса расположена на вогнутой части участка.5. Рогообразный сердечник для изготовления отводов по любому из пп.1, 3, 4, отличающийся тем, что изогнутый стержень выполнен из стали с повышенной износостойкостью и сопротивлением усталостному разрушению, с твердостью не менее 290 HV и имеющей структуру пластинчатого перлита с содержанием углерода от 0,80 до 1,25 мас.%, при этом в поверхностном слое изогнутого наконечника пластинчатый перлит имеет зональную ст�

Description

Полезная модель Рогообразный сердечник для изготовления отводов.

M.iai.B21D9/12

Полезная модель относится к областа обработки меэаллов давлением, в частности к инструменту для изготовления крутоизогнутых отводов из трубных заготовок.

Известны рогообразные сердечники для изготовления отводов из трубных заготовок, см. А.С.СССР №515550,1972г.; № 566649, 1977г., вьшолненные в виде изогнутого стального стержня с последовательно расположенными на нем направляющим, переходным, деформирующим, калибрующим и стабилизирующим участксг/ч t

Эти сердечники имеют недостаточнзчо жесткость и прочность, что приводиг к их быстрому выходу из строя и необходимости дополнительных операций по устранению брака при гибке труб.

Прототипом полезной модели яв.11яется рогообразный сердечник в виде стального изогнутого стержня, содержащего последовательно расположенные на нем нмфавляюнцш, переходный, деформирующий, калибрующий и стабилизирующий участки, см А.С. СССР № 566649, 977г.

Недостатком известного сердечника является его малая стойкость из-за недостаточной жесткости в плоскости изгиба на деформирующей части, что ограничивает функциональные возможности, например, невозможно изготовление толстостенных отводов (высокого давления). Недостаточная жесткость обусловлена- во первых, круглым профилем поперечного сечения сердечника, а во вторых - недостаточной прочностью стали сердечника. Это приводит к бо.11ьщнм отклонениям по радиусу и углу гиба и необходимости дополнительных операций по объемной правке к калибровке торцов изготавливаемых отводов.

Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повьщхение жесткости и прочности рогообразного сердечника и улучщение за счет этого качества отводов.

Рещение выше5лказанной задачи достигнуто за счет того, что рогообразный сердечник для изготовления отводов, вьшолненный в виде изогнутого стального стержня с последовательно расположенными на нем, заходным, формообразующим и калибрующим участками, согласно полезной модели, изогнутый стальной стержень выполнен анизотропным по твердости, при этом в поверхностном слое толщиной не менее 5 мм. его твердость не менее чем на 20 HV вьпне твердости остальной части изогнутого стального стержня.

в вариантах выполнения, поверхностный слой может быть выполнен в виде напрессованной и приваренной к торцам стержня стальной цилиндрической оболочки; поперечные сечения формообразующего участка изогнутого стержня могут быть выполнены с неосесимметричным профилем, имеющим две криволинейные грани; неосесимметричные профили сечений формообразующего участка изогнутого стержня могут быть образованы двумя окружностями разных радиусов, плавно увеличивающихся от начала до конца участка, и двумя касательными к ним прямыми, причем окружность большего радиуса расположена на вогнутой части участка; изогнутый стержень .может быть выполнен из стали с повышенной износостойкостью и сопротивлением устагюстному разрушению, с гвердосгью не менее 290 HV и имеющей cipyKiypy пластинчатого перлита с содержанием углерода от 0,80 до 1,25 мас.%, при этом в поверхностном слое изогнутого наконечника пластинчатый перлит зональную структ фу распределения, с зонами размером не более ЮОнм и отнощением толщины пластин цементита к толщине феррита в перлите составляющем по крайней мере 0,15; изогнутый стержень может быть выполнен из стали содержащей углерод, кремний, марганец, бор, железо и неизбеисные примеси, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод0,80-1,25

Кремний0,15-1,10

Марганец0,39-1,60

Бор0,00045 - 0,0045

Железо и неизбежные примеси остальное. Также, изогнутый стержень может быть выполнен из стали дополнительно содержащей по

крайней мере один элемент, выбранный из фуппы хром, мо.гшбден, ванадий, ниобий, кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод0,85 - 1,20

Кремний0,10-1,00

Марганец0,40 - 1,50

Бор0,0005 - 0,0040

Ниобий0,002 - 0,05

Кобальт0,10-2,00

Железо и неизбежные примеси остальное.

На фиг. I изображен изогнутый стшгьной стержень рогообразного сердечника;

на фиг.2 и:юбражена цилиндрическая оболочка;

на фиг.З схематично изображен общий вид (вариант выполнения) рогообразного сердечника,

-на фиг.4-сечение А-А фиг.З;

Рогообразный сердечник для изготовления отводов выполнен в виде изогнутого стального стержня 1 с последовательно расположенными на нем, направляющим а, переходным b деформирующим с, калибрующим d и стабилизирующим е участками. Деформирующий участок с в поперечном сечении выполнен в виде овала с большей опорной окружностью на вогнутой части, ось симметрии которого расположена в плоскости симметрии сердечника. Периметр профиля поперечного сечения от начала деформирующего участка с до его середины интенсивно возрастает и доходит до 60%. Профили поперечного сечения начала и конца деформирующего участка с, а также на остальных участках изогнутого стального стержня 1 выполнены круглыми. Основная (больщая опорная окружность очерчена с переменным увеличивающимся радиусом - R, равным в начале половине длины внутреннего диаметра заготовки, а в конце 0,45-0,48 длины внутреннего диаметра готового изделия. Малая окр жность очерчена переменным радиусом, равным (в начале и до середины деформирующего участка с) длине радиуса направляющего участка а с плавным возрастанием до величины, равной радиусу начала калибрующего участка d. Диаметр направляющего участка выполнен с учетом минусового допуска внутреннего диаметра и плюсового допуска на толщину стенки исходной заготовки и составляет 0,96-0,97 внутреннего диаметра исходной трубы, остальные параметры сердечника выполнены по известной методике. За счет фасонного профиля деформирующего участка с, достигается повышение жесткости на изгиб изогн того стержня 1. Это обусловлено тем, что при одинаковой площади сечения, момент соп)отивления ка изгиб сечения овальной формы (форма поперечного сечения в опасном сечении данного изогнутого стержня) значительно больше момента сопротивления сечения круглой формы. Другими словами изогнутый стержень 1 выпо.1шен анизотропным по жесткости за счет своей геометрии.

В варианте выполнения, на изогнутом стальном стержне I (после механической обработки) напрессована цилиндрическая оболочка 2, с последующей ее сваркой со стержнем 1. Оболочка 2 выполнена из стали с твердостью более высокой (не менее 20HV) чем твердость изогнутого стержня 2. Толщина стенки оболочки должна быть не менее 5мм. Соответственно вышеуказанные размеры изогнутого стержня дня данного варианта выполнения необходимо уменьщить на толщш стенки цилиндрической оболочки 2.

290 HV и имеющей структуру пластинчатого перлита с содержанием углерода от 0,80 до 1,25 мас.%, при этом в поверхностном слое изогнутого наконечника пластинчатый перлит имеет зональную ст|)уктуру распределения, с зонами размером не более ЮОнм и отношением толщины пластин цементита к чолщине феррича в перлиle составляющем по крайней мере 0,15. Сталь стержня 1 содержит углерод, кремний, марганец, бор, железо и неизбежные примеси, при следующем соотнощении компонентов, мас.%:

Углерод0,80-1,25

Кремний0,15-1,10

Марганец 0,39-1,60 Бор0,00045 - 0,0045

Железо и неизбежные примеси остальное. Кроме того, изогнутый стержень может быть выполнен из стали, дополнительно содержащей

по крайней мере один элемент из i pynnH хром, молибден, ванадий, ниобий, кобальт при следующем соотнощении компонентов, мас.%:

Углерод0,80- 1,20

Кремний0,10-1,00

Марганец 0,40 - 1,50

Бор0,0005 - 0,0040

Ниобий0,002 - 0,05

Кобальт0,10-2,00

Железо и неизбежные примеси остальное.

Выполнение изог ну чего наконечника из указанной выще стали обусловлен тем, что углерод является эффективным элементом для образования перлитной структуры для обеспечения износостойкости. Если указанное содержании углерода не вьщержано, то в стали не образуется структура с необходимой износостойкостью.

Кремний является элементом, улучшающим предел прочности за счет затвердевания твердого раствора в феррита в ггерлигной струкч ре и в определенной доле гювыгиаеч вязкость стали. При меньших шги больших количествах кремния егчэ действие или недостаточно, или приводит к хрупкости и ухудшению свариваемости. Марганец является элементом, снижающим температуру трансформации перлита и содействует увеличению предела гфочности, повышая способность упрочняться. При меньщих Или больш 1Х (чем указано выше) количествах марганца его воздействие, соответственно или небольшое, или приводит к образованию мартенситной структуры при ликвации.

Хром повышает равновесие точки фазового перехода перлита, содействует повышению предела прочности за счет образования мелкой структуры перлита В то же время хром усиливает образование цементитной фазы в перлитной структуре и улучшает износостойкость.

N4ojm6;jeH «овышае-i равновесие томки фазового перехода перлита таким же образом, как и хрОА, и содействует в конечном итоге повыц}еник предела прочности за счет образования мелкой перлитной структуры. В то же время Мо повышает износостойкость.

Ванадий улучшает способность к пластичесжой деформации, способствуя образованию мелких аустенитных зерен, закрегшяет перлитную структуру и повышает предел гфочности и вязкость.

Ниобий эффективен д.чя образования мелкозернисюго аустенита. Влияние ниобия на рост ауС1енитного зерна происходит при темпералуре окало 1200°С. Ниобий также улучшает пластичность и вязкость стали.

Кобальт повышает предел прочности за счет образования мелкоперлитной структуры. Бор ограничивает образование проэвтектондного цементита на границе аустенитного зерна и является эффективным элементом для стабильного образования пер.(1итной структуры.

Сталь изогнутого стержня может улучшена в отношении свариваемости (для воплош;ения в ианта полезной модели) за счет элементов Si, Сг и Мп. Эти компоненты препятствуют снижению твердости стали из- за воздействия сварки.

Рогообразный сердечник для изготовления отводов работает следуюшим образом. При протяжке трубы-заготовки с ТОЛЩКРЮЙ стенок S и внутренним диаметром, равным диаметру переходного участка h изогнутого стального стержня 1, через расширяющийся рогообразный сердечник, на деформирующем участке с трубная заготовка раздается и приобретает (в поперечном сечении) овальную форму с максимальным утонением стенок на вогнутой стороне изогнутого стержня t. При дальнейшем протягивании заготовка изгибается с одновременной раздачей и дальнейшей ка.пибровкой и сходит с рогообразного сердечника в вдде лэтового отвода с разностенного отвода, при этом S вог. S вып. Это обеспечивается овальным профилем поперечного сечения деформирующего участка с, посколь у в процессе протяжки металл заготовки имеет возможность миграции перпендикулярно оси сфдечника. Это позволяет использовать трубные заготовки с уменьшенной в 1,5 раза толщиной стенки, или изготавливать отвода на повышенное давлеш1е (из данных ), т.е. констр т{ция с дечшжа иоэвеляет изгота8Л4«вагь ргшжуирочшйе отводам.

При использовании рогообразного cqjAeMHHKa с оболочкой 2, имеется возможность ее смены при износе. Это повышает эффективность использования сердечника.

Перлитная структура стали сердечника позволяет значительно повысить его стойкость и повысить качество отводов. Эта структура стали получается в резу. специальной термообработки в процессе изготовления рогообразного сердечника

Механизм работы перлитной структуры заключается в следующем. При контакте изогнутого стержня с трубой-заготовкой, сталь (в контактной поверхности изогнутого стержня) подвергается пластической деформации, при этом относительно мягкий феррит между цементитными пластинами выжимается; цементитные пластинки под действием нагрузки срезаются, трансформируясь в сферы, Это приводит к аккумуляции в кокгактной поверхности юлько твердого цементита. Увеличение пропорции пластинчатой структуры твердого цементита приводит к повышению износостойкости за счет повышенного содержания углерода. Таким образом, цементит упрочняет сталь даже под воздействием нагрузки.

Экспериментально установлено, что износостойкосп. может быть резко повьш1ена, не ухудшая вязкость и пластичности, путем уплотнения цементита непосредственно в контактной поверхности.

Повышение предела прочности в поверхностном слое эффективно также для предотвращения разрушения в резу.11ьтате усталости тела изогнутого стержня. Предпочтительно, чтобы твердость поверхностного слоя составляет до 320 Hv. При такой твердости поверхностного слоя предотвращается усталостное разрушение тела изогнутого стержня, поско.(1ьку область усталости стали сосредотачивается в поверхностном слое изогнутого стержня. Этому способств ет также то, что толщина поверхностного слоя составляет не менее 5 мм (от поверхности) изогнутого стержня 1.

Таким образом предложенный рогообразный сердечник имеет повьппенную износостойкость, и жесткость, что позволяет получать равнопрочные отводы высокого качества с меньшим расходом металла.

Claims (6)

1. Рогообразный сердечник для изготовления отводов, выполненный в виде изогнутого стального стержня с последовательно расположенными на нем заходным, формообразующим и калибрующим участками, отличающийся тем, что изогнутый стальной стержень выполнен анизотропным по твердости, при этом в поверхностном слое толщиной не менее 5 мм его твердость не менее чем на 20 HV выше твердости остальной части изогнутого стального стержня.

2. Рогообразный сердечник для изготовления отводов по п.1, отличающийся тем, что поверхностный слой выполнен в виде напрессованной и приваренной к торцам стержня стальной цилиндрической оболочки.

3. Рогообразный сердечник для изготовления отводов по п.1 или 2, отличающийся тем, что поперечные сечения формообразующего участка изогнутого стержня выполнены с неосесимметричным профилем, имеющим две криволинейные грани.

4. Рогообразный сердечник для изготовления отводов по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что неосесимметричные профили сечений формообразующего участка изогнутого стержня образованы двумя окружностями разных радиусов, плавно увеличивающихся от начала до конца участка, и двумя касательными к ним прямыми, причем окружность большего радиуса расположена на вогнутой части участка.

5. Рогообразный сердечник для изготовления отводов по любому из пп.1, 3, 4, отличающийся тем, что изогнутый стержень выполнен из стали с повышенной износостойкостью и сопротивлением усталостному разрушению, с твердостью не менее 290 HV и имеющей структуру пластинчатого перлита с содержанием углерода от 0,80 до 1,25 мас.%, при этом в поверхностном слое изогнутого наконечника пластинчатый перлит имеет зональную структуру распределения, с зонами размером не более 100 нм и отношением толщины пластин цементита к толщине феррита в перлите, составляющем по крайней мере 0,15.

6. Рогообразный сердечник для изготовления отводов по любому из пп.1, 3 - 5, отличающийся тем, что изогнутый стержень выполнен из стали, содержащей углерод, кремний, марганец, бор, железо и неизбежные примеси, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,80 - 1,25
Кремний - 0,15 - 1,10
Марганец - 0,39 - 1,60
Бор - 0,00045 - 0,0045
Железо и неизбежные примеси - Остальное
7. Рогообразный сердечник для изготовления отводов по любому из пп.1, 3 - 6, отличающийся тем, что изогнутый стержень выполнен из стали, дополнительно содержащей по крайней мере один элемент, выбранный из группы хром, молибден, ванадий, ниобий, кобальт при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Углерод - 0,85 - 1,20
Кремний - 0,10 - 1,00
Марганец - 0,40 - 1,50
Бор - 0,0005 - 0,0040
Ниобий - 0,002 - 0,05
Кобальт - 0,10 - 2,00
Железо и неизбежные примеси - Остальное