RU2115497C1

RU2115497C1 - Method for making buildup products with lengthwise laminarity

Info

Publication number: RU2115497C1
Application number: RU96117842A
Authority: RU
Inventors: С.И. Козий; Ю.И. Павленко; С.С. Козий
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Самарская металлургическая компания"; Самарский государственный аэрокосмический университет им.С.П.Королева
Priority date: 1996-09-06
Filing date: 1996-09-06
Publication date: 1998-07-20

Abstract

FIELD: plastic metal working, namely, manufacture of buildup- thickness hollow blanks for hot extrusion of tubes with clad working surface. SUBSTANCE: method comprises steps of placing one hollow blank inside another, inner blank is made of less strength material than outer one; assembling blanks and fixing them one relative to another, heating buildup blank, arranging it onto needle for subsequently extruding through cone die due to placing blank in container; applying axial compression effort to end of buildup blank. Novelty is formation of at least three lengthwise protrusions on inner surface of blank of less-strength material at process of fixing blanks. Protrusions have length values less than that of buildup blank and they are uniformly distributed along perimeter of inner blank in such a way that their apexes are laid on circle with diameter less than that of needle. EFFECT: enhanced efficiency. 1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам изготовления составных по толщине пустотелых заготовок с целью получения труб методом горячего прессования с плакированной рабочей поверхностью. The invention relates to the processing of metals by pressure, in particular, to methods for manufacturing composite thickness hollow billets in order to obtain pipes by hot pressing with a clad working surface.

Известен способ прессования заготовок, при котором нагретые заготовки из плакируемого (более прочный) и плакирующего (менее прочный) материалов размещают последовательно одну за другой на игле, вводят иглу в контейнер и производят прессование трубы путем приложения осевого сжимающего усилия через пресс-шайбу к торцу заготовки из менее прочного материала [1]. There is a known method of pressing blanks, in which heated blanks from plated (more durable) and cladding (less durable) materials are placed sequentially one after the other on the needle, the needle is inserted into the container and the pipe is pressed by applying axial compressive force through the press washer to the end face of the workpiece from less durable material [1].

Известный способ имеет тот недостаток, что выдавливание плакирующего материала в несимметричный зазор между иглой и внутренней поверхностью заготовки из более прочного материала, осуществляют при возрастающем деформирующем усилии. Последнее предопределяет переменность толщины заготовки из менее прочного материала на длине заготовки из более прочного материала и, как следствие, существенную разнотолщинность плакирующего слоя на отпрессованной трубе. The known method has the disadvantage that the extrusion of the cladding material into the asymmetric gap between the needle and the inner surface of the workpiece from a stronger material is carried out with increasing deforming force. The latter determines the variability of the thickness of the workpiece from a less durable material along the length of the workpiece from a more durable material and, as a result, the significant difference in thickness of the clad layer on the pressed pipe.

Известен также способ изготовления составных изделий с продольной слоистостью, включающий размещение одна в другой двух пустотелых заготовок, внутренняя из которых выполнена из менее прочного материала, при котором заготовки собирают и фиксируют друг относительно друга, осуществляют нагрев составной заготовки, ее установку на иглу с последующим прессованием через коническую матрицу путем размещения в контейнере и приложения осевого сжимающего усилия к торцу составной заготовки [2]. There is also a known method of manufacturing composite products with longitudinal layering, including placing one in the other two hollow billets, the inner of which is made of less durable material, in which the billets are assembled and fixed relative to each other, the composite billet is heated, it is mounted on a needle, followed by pressing through a conical matrix by placing in the container and applying axial compressive force to the end face of the composite workpiece [2].

Недостатком известного способа является то, что для обеспечения свободного ввода составной заготовки в контейнер и иглы в составную заготовку, предусматриваются технологические зазоры по наружному и внутреннему диаметрам составной заготовки, которые на этапе ее распрессовки заполняются соответствующим материалом. Причем плакирующий материал заполняет несимметричный зазор между иглой и внутренней поверхностью составной заготовки, формируя таким образом исходную неравномерность толщины плакирующего материала по периметру и длине составной заготовки. The disadvantage of this method is that to ensure free entry of the composite billet into the container and the needles into the composite billet, technological gaps are provided for the outer and inner diameters of the composite billet, which are filled with the corresponding material at the stage of extrusion. Moreover, the cladding material fills the asymmetric gap between the needle and the inner surface of the composite preform, thereby forming the initial unevenness of the thickness of the cladding material around the perimeter and length of the composite preform.

Последнее оказывает существенное влияние на качество отпрессованной трубы и, в первую очередь, определяет разнотолщинность плакирующего слоя по ее периметру и длине, характер совместного течения материалов при прессовании, а также длины отрезаемых выходного и утяжинного концов трубы. The latter has a significant impact on the quality of the pressed pipe and, first of all, determines the thickness of the cladding layer along its perimeter and length, the nature of the joint flow of materials during pressing, as well as the length of the cut out and tensile ends of the pipe.

Задачей изобретения является разработка такого способа изготовления составных изделий с продольной слоистостью, который бы обеспечил высокое качество прессуемой трубы как по характеру сварки плакирующего и плакируемого материалов, так и по минимальной разнотолщинности плакирующего слоя в пределах ее периметра и длины. Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе изготовления составных изделий с продольной слоистостью, включающем размещение одна в другой двух пустотелых заготовок, внутренняя из которых выполнена из менее прочного материала, при котором заготовки собирают и фиксируют друг относительно друга, осуществляют нагрев составной заготовки, ее установку на иглу с последующим прессованием через коническую матрицу путем размещения в контейнере и приложения осевого сжимающего усилия к торцу составной заготовки, согласно изобретению в процессе фиксирования заготовок на внутренней поверхности заготовки из менее прочного материала равномерно по ее периметру формируют не менее 3 продольных выступов, причем продольные выступы формируют с расположением их вершин на окружности, имеющей диаметр, меньший диаметра иглы и с длиной, меньшей длины составной заготовки. The objective of the invention is to develop such a method of manufacturing composite products with longitudinal layering, which would ensure the high quality of the pressed pipe both by the nature of welding of cladding and cladding materials, and by the minimum thickness difference of the cladding layer within its perimeter and length. The technical result is achieved by the fact that in the proposed method for the manufacture of composite products with longitudinal layering, including the placement of one in the other two hollow billets, the inner of which is made of less durable material, in which the billets are assembled and fixed relative to each other, the composite billet is heated, it installation on a needle, followed by pressing through a conical matrix by placing in the container and applying axial compressive force to the end face of the composite workpiece, according to and at least 3 longitudinal protrusions are uniformly formed along the perimeter of the blanks on the inner surface of the preform in the process of fixing the preforms, the longitudinal protrusions being formed with their vertices on a circle having a diameter smaller than the diameter of the needle and with a length shorter than the length of the composite preform.

Осуществление предлагаемого способа изготовления составных изделий с продольной слоистостью позволяет обеспечить требуемое качество плакированных труб, в том числе и по минимальной разнотолщинности плакирующего слоя. Implementation of the proposed method for the manufacture of composite products with longitudinal layering allows to provide the required quality of clad pipes, including the minimum thickness difference of the clad layer.

Это объясняется тем, что установка составной заготовки на иглу с натягом обеспечивает симметричный зазор между иглой и внутренней поверхностью составной заготовки. В результате на этапе распрессовки составной заготовки имеет место равномерное заполнение упомянутого зазора плакирующим материалом и устраняется его неравномерность по толщине. Последнее обуславливает относительно более равномерное совместное пластическое течение плакирующего и плакируемого материалов при прессовании, а разнотолщинность плакирующего слоя на отпрессованном изделии будет определяться степенью соосности оси иглы с осью матрицы. This is because the installation of the composite blank on the needle with an interference fit provides a symmetrical clearance between the needle and the inner surface of the composite blank. As a result, at the stage of extruding the composite preform, the said gap is uniformly filled with cladding material and its unevenness in thickness is eliminated. The latter causes a relatively more uniform joint plastic flow of the clad and clad materials during pressing, and the thickness difference of the clad layer on the pressed product will be determined by the degree of alignment of the axis of the needle with the axis of the matrix.

Суть изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано исходное положение штамповой оснастки и составной заготовки перед формированием на ее внутренней поверхности трех продольных выступов; на фиг. 2 - конечная стадия формирования на внутренней поверхности составной заготовки трех продольных выступов; на фиг. 3 - исходное положение составной заготовки на игле перед операцией ее распрессовки; на фиг. 4 - окончание стадии распрессовки составной заготовки. The essence of the invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows the initial position of the die tooling and the composite workpiece before forming three longitudinal projections on its inner surface; in FIG. 2 - the final stage of formation on the inner surface of the composite billet of three longitudinal protrusions; in FIG. 3 - the initial position of the composite billet on the needle before the operation of its extrusion; in FIG. 4 - the end of the stage of extrusion of the composite workpiece.

Вариант осуществления предлагаемого к рассмотрению способа изготовления составных изделий состоит в следующем. An embodiment of a method for manufacturing composite products proposed for consideration is as follows.

Составная заготовка 1, содержащая две разновеликие оболочки: внешнюю оболочку из более прочного материала и внутреннюю оболочку из менее прочного материала, предварительно собрана по одной из технологий, например, описанной в заявке N 95-107295 от 17.05.95, положит. решение от 20.02.96. На контактной поверхности оболочек создано поле радиальных давлений "P" (показано стрелками). Составную заготовку 1 располагают на плите 2. В отверстие составной заготовки 1 с минимальным зазором устанавливают цилиндрический стержень 3 с длиной, превышающей длину внутренней оболочки составной заготовки 1. На боковой поверхности стержня 3 выполнены три продольные выемки, расположенные под углом 120^oC друг к другу. Причем длина выемок меньше длины стержня 3. Далее в зазор между внешней оболочкой составной заготовки 1 и стержнем 3 по посадке движения по отношению к последнему устанавливают втулочный пуансон 4. После чего со стороны внешней поверхности составной заготовки 1 размещают с минимальным зазором стальную обойму 5 (фиг. 1).A composite blank 1 containing two different-sized shells: an outer shell of a more durable material and an inner shell of a less durable material, pre-assembled according to one of the technologies, for example, described in application N 95-107295 of 05.17.95, put. decision of 02.20.96. A radial pressure field "P" is created on the contact surface of the shells (shown by arrows). The composite blank 1 is placed on the plate 2. In the hole of the composite blank 1 with a minimum clearance, a cylindrical rod 3 is installed with a length exceeding the length of the inner shell of the composite blank 1. On the lateral surface of the rod 3 there are three longitudinal recesses located at an angle of 120 ^o C to each other . Moreover, the length of the recesses is less than the length of the rod 3. Next, in the gap between the outer shell of the composite billet 1 and the rod 3 to fit the motion with respect to the latter, install a sleeve punch 4. Then, from the side of the outer surface of the composite billet 1, a steel ferrule 5 is placed with a minimum clearance (Fig. . one).

При воздействии усилием "Р" на торец втулочного пуансона 4 имеет место пластическое сжатие материала внутренней оболочки, вызывающее заполнение им свободных объемов трех продольных выемок (фиг. 2). В результате пластического деформирования материала внутренней оболочки радиальное давление на контактной поверхности оболочек возрастает до величины "P₁". Производят разборку технологической оснастки с извлечением цилиндрического стержня 3 из составной заготовки 1. Имеет место упругая разгрузка составной заготовки 1 с уменьшением ее геометрических размеров в поперечном сечении. Последнее приводит к тому, что диаметр окружности, на которой лежат вершины продольных выступов, имеет меньший размер, чем диаметр иглы.When the force "P" is applied to the end face of the sleeve punch 4, plastic compression of the material of the inner shell takes place, causing it to fill in the free volumes of three longitudinal recesses (Fig. 2). As a result of plastic deformation of the material of the inner shell, the radial pressure on the contact surface of the shells increases to a value of "P ₁ ". Disassemble the technological equipment with the extraction of the cylindrical rod 3 from the composite preform 1. There is an elastic unloading of the composite preform 1 with a decrease in its geometric dimensions in cross section. The latter leads to the fact that the diameter of the circle on which the vertices of the longitudinal protrusions lie is smaller than the diameter of the needle.

В связи с этим при установке нагретой составной заготовки 1 на иглу 6 с предварительно размещенной пресс-шайбой 7 имеет место частичная пластическая деформация по высоте продольных выступов. В результате формируется симметричный зазор между составной заготовкой 1 и иглой 6 (фиг. 3). Иглу вводят в контейнер 3, где закреплена коническая матрица 9. In this regard, when installing the heated composite preform 1 on the needle 6 with a previously placed press washer 7, partial plastic deformation occurs along the height of the longitudinal protrusions. As a result, a symmetrical gap is formed between the composite preform 1 and the needle 6 (Fig. 3). The needle is inserted into the container 3, where the conical matrix 9 is fixed.

В процессе распрессовки усилием P₁ выбирается зазор между составной заготовкой 1 и иглой 6 полностью, что обуславливает соосность оси составной заготовки 1 и иглы 6 (фиг. 4). Последнее устраняет разнотолщинность слоя плакирующего материала по периметру иглы 6. Процесс горячего прессования составной заготовки 1, имеющего уступ, предопределит равенство вытяжек плакирующего и плакируемого материалов в каждый момент времени, тем самым гарантируя постоянство толщины плакирующего слоя по длине трубы.In the process of extrusion by the force P ₁ , the gap between the composite preform 1 and the needle 6 is completely selected, which determines the alignment of the axis of the composite preform 1 and the needle 6 (Fig. 4). The latter eliminates the thickness variation of the layer of cladding material around the perimeter of the needle 6. The hot pressing process of the composite preform 1 having a step will determine the equality of the hoods of the cladding and clad materials at each time point, thereby guaranteeing a constant thickness of the cladding layer along the length of the pipe.

Опытно-промышленная проверка разработанного способа проводилась при формировании продольных выступов на внутренней поверхности составных заготовок, содержащих две оболочки - внешнюю из алюминиевого сплава марки Д16, внутреннюю - из технически чистого алюминия марки АДО. A pilot test of the developed method was carried out during the formation of longitudinal protrusions on the inner surface of composite billets containing two shells - the outer one made of aluminum alloy grade D16, the inside - made of technically pure aluminum grade ADO.

Составные заготовки имели следующие геометрические размеры: внешний диаметр - 165 мм; внутренний диаметр - 55 мм, толщина внутренней оболочки - 5 мм; длина внешней оболочки -120 мм; длина внутренней оболочки - 95 мм. Composite blanks had the following geometric dimensions: outer diameter - 165 mm; inner diameter - 55 mm, inner shell thickness - 5 mm; outer shell length -120 mm; the length of the inner shell is 95 mm.

На внутренней поверхности составных заготовок формировались три продольных выступа (под углом 120^oC друг к другу) с поперечным сечением в виде полуокружности, имеющей радиус, равный 2,0 мм. Длина продольных выступов составляла 80 мм. Диаметр окружности, на которой лежали вершины выступов составлял 49,4 мм.Three longitudinal protrusions (at an angle of 120 ^° C to each other) with a cross section in the form of a semicircle having a radius of 2.0 mm were formed on the inner surface of the composite preforms. The length of the longitudinal protrusions was 80 mm. The diameter of the circle on which the peaks of the protrusions lay was 49.4 mm.

Технологическая оснастка изготавливалась из инструментальной стали У8А с твердостью после закалки HRC = 56 - 58 ед. The tooling was made of U8A tool steel with hardness after quenching HRC = 56 - 58 units.

Осевое сжимающее усилие при формировании продольных выступов создавали на гидравлическом вертикальном прессе марки ПСУ-250 в диапазоне до 1 Мн. The axial compressive force during the formation of longitudinal protrusions was created on a hydraulic vertical press of the PSU-250 brand in the range up to 1 Mn.

Составные заготовки далее нагревали в индукционной печи до температуры прессования Т = 400 ± 5^oC (время нагрева 2 ч 10 мин с выдержкой при максимальной температуре, равной 10 мин).The composite preforms were further heated in an induction furnace to a pressing temperature of T = 400 ± 5 ^° C (heating time 2 hours 10 minutes with exposure at a maximum temperature of 10 minutes).

Прессование плакированных труб выполняли на горизонтальном гидравлическом прессе, развивающем максимальное усилие в 16,0 Мн. Прессование осуществлялось прямым методом с подвижной иглой, диаметр которой составлял 50,0 мм, через коническую матрицу (угол конусности, равный 150^oC) с диаметром отверстия, равным 58,0 мм.Pressing clad pipes was performed on a horizontal hydraulic press, developing a maximum force of 16.0 Mn. The pressing was carried out by the direct method with a movable needle, the diameter of which was 50.0 mm, through a conical matrix (taper angle of 150 ^° C) with a hole diameter of 58.0 mm.

Отпрессовано более 25 м плакированных труб с поперечным сечением 58,0 х 4,0 мм. More than 25 m of clad pipes with a cross section of 58.0 x 4.0 mm were pressed.

Металлографические исследования выявили разнотолщинность плакирующего слоя как по периметру трубы, так и по ее длине, определяемую точностью настройки соосности иглы относительно оси матрицы, что предопределило полную пригодность изделий требованиям производства. Metallographic studies revealed the thickness of the cladding layer both along the perimeter of the pipe and along its length, determined by the accuracy of adjustment of the alignment of the needle relative to the axis of the matrix, which predetermined the full suitability of the products to production requirements.

Изобретение может быть использовано при получении нефтепроводных труб, труб для пищевой промышленности и т.п. The invention can be used to obtain oil pipes, pipes for the food industry, etc.

Claims

1. A method of manufacturing composite products with longitudinal layering, including placing one in the other two hollow billets, the inner of which is made of less durable material, in which the billets are assembled and fixed relative to each other, the composite billet is heated, it is mounted on a needle, followed by pressing through a conical matrix by placing in the container and applying axial compressive force to the end face of the composite workpiece, characterized in that in the process of fixing the workpieces to the inner th workpiece surface from weaker material uniformly along its perimeter forming at least three longitudinal protrusions.

2. The method according to claim 1, characterized in that the longitudinal protrusions are formed with the location of their vertices on a circle having a diameter smaller than the diameter of the needle, and with a length shorter than the length of the composite workpiece.