RU199697U1

RU199697U1 - Backing die for distributing pipe billets

Info

Publication number: RU199697U1
Application number: RU2020107691U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Кондратьевич Онищенко; Дмитрий Михайлович Забельян; Владимир Александрович Темников; Юрий Васильевич Дубов
Original assignee: Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК")
Priority date: 2020-02-20
Filing date: 2020-02-20
Publication date: 2020-09-15

Abstract

Полезная модель относится к обработке металлов давлением и может быть использована для формообразования раздачей трубных заготовок при изготовлении конических кольцевых обечаек и дисков на прессах свободной ковки. Подкладной штамп содержит опорную плиту с центральным отверстием, пуансон в виде усеченного конуса с центральным отверстием, установленный на опорной плите нижним основанием конуса и закрепленный центральным отверстием на крепежной оси. При этом опорная плита выполнена П-образной формы, центральное отверстие пуансона и опорной плиты - коническими, а крепежная ось ступенчатой в виде двух сопряженных конусов. Расширяются технологические возможности. 3 з. п. ф-лы, 1ил.The utility model relates to the processing of metals by pressure and can be used for shaping by expanding tubular blanks in the manufacture of tapered annular shells and disks on open-die forging presses. The underlay stamp contains a base plate with a central hole, a punch in the form of a truncated cone with a central hole, mounted on the base plate with the lower base of the cone and fixed with a central hole on the fastening axis. In this case, the base plate is U-shaped, the central hole of the punch and the base plate is conical, and the fastening axis is stepped in the form of two mating cones. Technological possibilities are expanding. 3 h. n. f-ly, 1il.

Description

Полезная модель относится к инструментальной оснастке для обработки металлов давлением и может быть использована для формообразования раздачей трубных заготовок при изготовлении конических кольцевых обечаек и дисков-колец газотурбинных двигателей (ГТД) из цилиндрических трубных заготовок в авиационном и энергетическом машиностроении.The utility model refers to tooling for metal forming and can be used for shaping by expanding tube blanks in the manufacture of tapered annular shells and disks-rings of gas turbine engines (GTE) from cylindrical tube blanks in aviation and power engineering.

Известен пуансон для формообразования концов труб, содержащий жестко связанные между собой хвостовик, формообразующий и фланцеобразующий участки, фланцеобразующий участок выполнен в виде цилиндра, расположенного перпендикулярно к оси пуансона, а формообразующий участок выполнен в форме усеченного конуса с поперечным сечением у хвостовика, ограниченным окружностью, переходящей в эллипс к фланцеобразующему участку, (см. а с. СССР №1640874, кл. B21D 41/02, 2005 г.).Known punch for shaping the ends of the pipes, containing rigidly connected shank, shaping and flange-forming sections, the flange-forming section is made in the form of a cylinder located perpendicular to the axis of the punch, and the forming section is made in the form of a truncated cone with a cross-section at the shank bounded by a circle passing in an ellipse to the flange-forming section, (see and p. USSR No. 1640874, class B21D 41/02, 2005).

В результате анализа известного решения необходимо отметить, что выполнение пуансона в виде цельной детали, на которой образованы формообразующие участки, конструктивно весьма сложно, а главное - не обеспечивает высокого качества обработки.As a result of the analysis of the known solution, it should be noted that the implementation of the punch in the form of an integral part, on which the shaping sections are formed, is structurally very difficult, and most importantly, it does not provide a high quality of processing.

Известен пуансон для раздачи концов труб, выполненный сборным и содержащий хвостовик, на котором последовательно расположены выполненные в виде дисков цилиндрическая и коническая части, образующие которых составляют направляющий участок; вогнутая и выпуклая части, образующие которых составляют формообразующий участок, коническая и цилиндрическая части, образующие которых составляют калибрующий участок. Диски направляющего и калибрующего участков выполнены из материала с низкой магнитной проницаемостью и незначительной подверженностью нагреву, а диски формообразующего участка выполнены из высокоуглеродистой стали, подверженной быстрому нагреву при помещении ее в высокочастотное поле (см. патент РФ №2127165, кл. B21D 41/02, 1999 г.).Known is a punch for distributing the ends of pipes, made prefabricated and containing a shank, on which cylindrical and conical parts made in the form of disks are sequentially located, the generators of which constitute a guide section; the concave and convex parts, the generators of which make up the forming section, the conical and cylindrical parts, the generators of which make up the sizing section. The disks of the guiding and calibrating sections are made of a material with low magnetic permeability and insignificant susceptibility to heating, and the disks of the forming section are made of high-carbon steel, subject to rapid heating when placed in a high-frequency field (see RF patent No. 2127165, class B21D 41/02, 1999 g).

В результате анализа известного решения необходимо отметить, что сборно-разъемная конструкция пуансона позволяет осуществлять раздачу концов трубных заготовок различной формы и размеров за счет изменения геометрических параметров устанавливаемых на хвостовике формообразующих элементов - дисков, образующие поверхности которых формируют рабочий профиль пуансона, а также, варьируя радиусами вогнутой и выпуклой поверхностей и углом конусности направляющего и калибрующего участков, производить экспериментальную отработку оптимальной формы пуансона для различных материалов трубных заготовок, так как они имеют разные физико-механические свойства и коэффициент трения поверхностей трубной заготовки и пуансона. Однако в конструкции данного пуансона не предусмотрено центрирование формообразующих элементов (дисков) относительно хвостовика (они при установке навинчиваются на резьбовую наружную поверхность хвостовика), что снижает точность формообразования. Кроме того, нагружаемое в процессе формообразования резьбовое соединение хвостовика и формообразующего элемента не обеспечивает их надежной фиксации после сборки, что при работе может привести к их относительному смещению, а, следовательно, снижению качества обработки. Весьма существенно, также и то, что установка на хвостовик формообразующих элементов, обеспечивающих полный цикл обработки, позволяет проводить операцию центрирования только один раз перед началом обработки, однако значительные осевые габариты пуансона снижают его жесткость, что также снижает качество обработки поверхности.As a result of the analysis of the known solution, it should be noted that the demountable design of the punch makes it possible to dispense the ends of pipe blanks of various shapes and sizes by changing the geometric parameters of the shaping elements installed on the shank - disks, the forming surfaces of which form the working profile of the punch, as well as by varying the radii concave and convex surfaces and the taper angle of the guiding and calibrating sections, to conduct experimental development of the optimal punch shape for various materials of pipe billets, since they have different physical and mechanical properties and the coefficient of friction of the surfaces of the pipe billet and the punch. However, the design of this punch does not provide for the centering of the shaping elements (disks) relative to the shank (during installation, they are screwed onto the threaded outer surface of the shank), which reduces the accuracy of shaping. In addition, the threaded connection of the shank and the shaping element loaded during the shaping process does not ensure their reliable fixation after assembly, which during operation can lead to their relative displacement and, consequently, to a decrease in the quality of processing. It is also very important that the installation of shaping elements on the shank, providing a full processing cycle, allows the centering operation to be carried out only once before the start of processing, however, the significant axial dimensions of the punch reduce its rigidity, which also reduces the quality of surface treatment.

Недостатком известного пуансона является резьбовое соединение, применение которого в штамповом инструменте не рекомендуется из-за возможности смятия резьбы при формообразовании заготовок и, соответственно, заклинивания составляющих пуансона и невозможности их последующего снятия и замены.The disadvantage of the known punch is a threaded connection, the use of which in a punching tool is not recommended due to the possibility of crushing the thread during the shaping of blanks and, accordingly, jamming of the components of the punch and the impossibility of their subsequent removal and replacement.

Известен штамп для формообразования конических обечаек, содержащий пуансон, конус, опорное кольцо, раздвижные секторы, матрицу, расположенный между раздвижными секторами и матрицей эластичный элемент, при этом раздвижные секторы выполнены с разными коническими поверхностями (см. патент РФ 2551036 МПК B21D 41/02. Опубл. 20.05.2015 Бюл. №14).Known is a stamp for shaping conical shells containing a punch, a cone, a support ring, sliding sectors, a matrix, an elastic element located between the sliding sectors and the matrix, while the sliding sectors are made with different conical surfaces (see RF patent 2551036 IPC B21D 41/02. Publ. 20.05.2015 Bul. No. 14).

Недостатком известного штампа является то, что он предназначен для формовки трубных заготовок только в холодном состоянии.The disadvantage of the known stamp is that it is intended for forming pipe blanks only in the cold state.

Известен штамп для раздачи труб из титановых сплавов, содержащий опорную плиту, конический пуансон и ось, при этом конический пуансон выполнен составным из диэлектрического и токопроводящего металлических элементов, закрепленных на оси (см. патент РФ 2104815 МПК B21D 41/02. Опубл. 20.02.1998) - прототип.Known stamp for distributing pipes made of titanium alloys, containing a base plate, a tapered punch and an axis, while the tapered punch is made of a composite of dielectric and conductive metal elements fixed on the axis (see RF patent 2104815 IPC B21D 41/02. Publ. 20.02. 1998) - prototype.

Недостатком пуансона является невозможность его использования под молотом свободной ковки, так как ударные нагрузки будут приводить к выходу из строя электрической системы штампа.The disadvantage of the punch is the impossibility of using it under a free forging hammer, since shock loads will lead to failure of the die electrical system.

Техническим результатом полезной модели является устранение указанных недостатков известных технических решений за счет универсальности использования предлагаемого штампа (установки в штамп конусов с различным углом конусности) и повышения производительности процесса раздачи за счет высоких скоростей деформирования.The technical result of the utility model is the elimination of the indicated drawbacks of the known technical solutions due to the versatility of the proposed stamp (installation of cones with different taper angles in the stamp) and an increase in the productivity of the distribution process due to high deformation rates.

Указанный технический результат достигается тем, что подкладной штамп для раздачи трубной заготовки на молоте свободной ковки, содержащий опорную плиту с центральным отверстием, пуансон в виде усеченного конуса с центральным отверстием, установленный на опорной плите нижним основанием конуса и закрепленный центральным отверстием на оси, при этом опорная плита штампа выполнена П-образной формы, центральное отверстие пуансона и опорной плиты - коническими, а его крепежная ось ступенчатой в виде двух сопряженных конусов.The specified technical result is achieved in that a backing die for distributing a pipe billet on an open-die forging hammer, containing a base plate with a central hole, a punch in the form of a truncated cone with a central hole, mounted on the base plate by the lower base of the cone and fixed with a central hole on the axis, while the base plate of the stamp is made U-shaped, the central hole of the punch and the base plate are conical, and its fastening axis is stepped in the form of two mating cones.

Кроме того, пуансон выполнен наборным в виде пирамиды из нескольких конических плит одной конусности.In addition, the punch is made in the form of a pyramid from several conical plates of the same taper.

Также пуансон выполнен наборным в виде пирамиды из нескольких конических плит разной конусности.Also, the punch is made type-setting in the form of a pyramid of several conical plates of different taper.

При этом пуансон выполнен наборным в виде пирамиды из нескольких конических плит разной конусности, увеличивающейся от верхней к нижней конической плите пирамиды.The punch is made in the form of a pyramid of several conical plates of different taper, increasing from the upper to the lower conical plate of the pyramid.

Выполнение пуансона, в случае его большой массы, наборным в виде пирамиды из нескольких конических плит одной конусности позволяет облегчить его монтаж на столе пресса, молота.Execution of the punch, in the case of its large mass, type-setting in the form of a pyramid of several conical plates of the same taper makes it easier to mount it on the table of the press, hammer.

А в случае его выполнения наборным в виде пирамиды из нескольких конических плит разной конусности позволяет за один ход пресса, молота раздать трубную заготовку на больший диаметр.And in the case of its implementation, inlaid in the form of a pyramid of several conical plates of different taper, it allows for one stroke of the press, hammer to distribute the pipe billet to a larger diameter.

Выполнение пуансона наборным в виде пирамиды из нескольких конических плит разной конусности, увеличивающейся от верхней к нижней конической плите пирамиды, позволяет повысить производительность процесса раздачи трубной заготовки в плоский диск.Execution of the punch in the form of a pyramid from several conical plates of different taper, increasing from the upper to the lower conical plate of the pyramid, makes it possible to increase the productivity of the process of distributing a pipe billet into a flat disk.

Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлен штамп для раздачи трубной заготовки, поперечный разрез.The essence of the claimed utility model is illustrated by graphic materials, which show a stamp for distributing a pipe billet, a cross section.

Подкладной штамп для раздачи трубной заготовки выполнен сборным и состоит из опорной плиты 1 с коническим центральным отверстием, пуансона 2 в виде усеченного конуса, состоящего из нескольких конических плит одной или разной конусности с центральными коническими отверстиями и ступенчатой крепежной оси 3 в виде двух сопряженных конусов.The underlay die for distributing the pipe billet is made prefabricated and consists of a base plate 1 with a conical central hole, a punch 2 in the form of a truncated cone, consisting of several conical plates of one or different taper with central conical holes and a stepped fastening axis 3 in the form of two mating cones.

Кроме того, при раздаче трубной заготовки для дисков ГТД с высотой ступицы большей высоты обода диска на пуансон устанавливают цилиндрическую накладку 4 толщиной, равной высоте ступицы диска. А для большей устойчивости штампа на бойке молота между бойком и П-образной опорной плитой штампа устанавливают мягкую асбестовую прокладку 5. Которая кроме большей устойчивости штампа на бойке позволит снизить тепловые потери заготовки через боек при ударах молота.In addition, when distributing a tubular billet for GTE disks with a hub height of a greater disk rim height, a cylindrical pad 4 with a thickness equal to the disk hub height is installed on the punch. And for greater stability of the stamp on the hammer striker, between the striker and the U-shaped support plate of the stamp, a soft asbestos gasket 5 is installed, which, in addition to the greater stability of the stamp on the striker, will reduce heat losses of the workpiece through the striker during hammer strikes.

Предлагаемый штамп работает следующим образом.The proposed stamp works as follows.

Сначала на нижний боек молота устанавливают опорную П-образную плиту 1 с крепежной осью 3, затем на нее последовательно надевают конические плиты пуансона 2 и цилиндрическую накладку 4. В этом положении штамп готов к работе.First, a U-shaped support plate 1 with a fastening axis 3 is installed on the lower hammer head, then conical punch plates 2 and a cylindrical pad 4 are sequentially put on it. In this position, the stamp is ready for operation.

Трубную заготовку из металла или сплава с внутренним диаметром d1 нагревают в печи до ковочной температуры, подают к молоту и надевают на накладку, устанавливая заготовку вертикально. После чего ударом верхнего бойка молота по торцу заготовки ее раздают на конус. Эту операцию производят последовательно, раздавая заготовку на пуансонах одной или разной конусности. После чего полученную после последовательной раздачи в штампе коническую заготовку, на плоских бойках молота выравнивают в плоский диск.A pipe billet made of metal or an alloy with an inner diameter d1 is heated in a furnace to a forging temperature, fed to a hammer and put on a pad, setting the billet vertically. After that, by blowing the upper striker of the hammer along the end of the workpiece, it is distributed to the cone. This operation is performed sequentially, distributing the workpiece on punches of one or different taper. After that, the conical workpiece obtained after sequential distribution in the die is aligned on flat hammer strikers into a flat disc.

Предлагаемый подкладной штамп может быть использован при раздаче трубных заготовок из труднодеформируемых жаропрочных сталей, никелевых и титановых сплавов при нижних температурах их горячей обработки, так как сила, прилагаемая при раздаче трубной заготовки, особенно, если раздача осуществляется в несколько этапов последовательной заменой формообразующих элементов, значительно меньше усилия при осуществлении формообразования объемной штамповкой. С использованием которой в настоящее время получают заготовки для дисков ГТД на уникальном прессовом оборудовании (прессы до 75000 тс).The proposed forging die can be used when distributing pipe billets made of hard-to-deform heat-resistant steels, nickel and titanium alloys at low temperatures of their hot working, since the force applied when distributing a pipe billet, especially if the distribution is carried out in several stages by successive replacement of forming elements, significantly less effort when forming by forging. With the use of which, blanks for GTE disks are currently obtained on unique pressing equipment (presses up to 75,000 tf).

Claims

1. A backing die for distributing a pipe billet on an open-die forging hammer, containing a base plate with a central hole, a punch in the form of a truncated cone with a central hole, mounted on the base plate with the lower base of the cone and fixed with a central hole on the fastening axis, characterized in that the base plate the punch is made U-shaped, the central hole of the punch and the base plate is tapered, and the fastening axis of the punch is stepped in the form of two mating cones.

2. An underlay stamp according to claim 1, characterized in that the punch is made in-line in the form of a pyramid from several conical plates of the same taper.

3. An underlay stamp according to claim 1, characterized in that the punch is type-set in the form of a pyramid of several conical plates of different taper.

4. An underlay stamp according to claim 1, characterized in that the punch is made in-line in the form of a pyramid from several conical plates of different taper, increasing from the upper to the lower conical plate of the pyramid.