RU2216419C1

RU2216419C1 - Method for making hollow cylindrical articles

Info

Publication number: RU2216419C1
Application number: RU2002104607A
Authority: RU
Inventors: Е.Е. Кавтаев; А.И. Гришечкин; А.Н. Трубин; А.Н. Литвинов; В.Г. Смирнов; А.В. Тимофеев; В.А. Щапов
Original assignee: ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2003-11-20

Abstract

FIELD: plastic metal working, possibly manufacture of hollow cylindrical articles having tube with constant or variable section of outer lateral surface and single-side flange, for example making large-size ingot molds of copper alloys for arc furnaces. SUBSTANCE: method comprises steps of heating billet; feeding billet with axial opening into container; extruding cylindrical portion of article into gap between working duct of die and movable press mandrel having constant or variable cross section with annular turnings; removing remainder of billet; shaping flange in cavity restricted by end of container and die holder. Invention provides possibility for making flange whose diameter is more than that of container and further extrusion of tube whose outer diameter is less than that of container at forward extrusion and is equal to diameter of container at pressing out tube onto punch. EFFECT: possibility for making monolithic construction with stable and uniform mechanical and heat conducting properties along the whole volume of article. 2 cl, 2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления полых цилиндрических изделий, состоящих из трубы с постоянным или переменным сечением наружной боковой поверхности и одностороннего фланца, в частности для изготовления крупногабаритных изложниц из медных сплавов для вакуумных дуговых печей, монолитной конструкции со стабильными и равнозначными механическими и теплопроводными свойствами по всему объему изделия. The invention relates to the processing of metals by pressure and can be used for the manufacture of hollow cylindrical products, consisting of a pipe with a constant or variable cross section of the outer side surface and a one-sided flange, in particular for the manufacture of large molds from copper alloys for vacuum arc furnaces, of a monolithic construction with stable and equivalent mechanical and heat-conducting properties throughout the volume of the product.

Известен способ изготовления стаканов с фланцами, включающий подготовку исходной заготовки, формирование обратным выдавливанием чаши с переходом от стенки к дну и кольцевым выступом на обратной стороне последнего с образованием на конечной стадии выдавливания фланца по периметру торца стенки чаши (патент РФ 2135320). A known method of manufacturing glasses with flanges, including the preparation of the initial billet, the formation of the reverse extrusion of the bowl with the transition from the wall to the bottom and an annular protrusion on the back side of the latter with the formation at the final stage of extrusion of the flange along the perimeter of the end wall of the bowl (RF patent 2135320).

Недостатком способа является невозможность получения крупногабаритных толстостенных полых цилиндрических изделий большой длины с фланцем. The disadvantage of this method is the inability to obtain large-sized thick-walled hollow cylindrical products of large length with a flange.

Известен способ сварки плавлением изделий из меди, преимущественно частей кристаллизатора по замкнутому контуру. Способ реализуется при изготовлении крупногабаритных полых цилиндрических изделий с фланцем, например изложниц для вакуумных дуговых печей. Фланец присоединяется к трубе путем предварительного нагрева и сварки соединяемых деталей по меньшей мере тремя плазматронами. Плазматроны имеют относительное перемещение вдоль стыка свариваемых частей изделия (патент РФ 2053077). A known method of fusion welding of copper products, mainly parts of the mold in a closed loop. The method is implemented in the manufacture of large hollow cylindrical products with a flange, for example molds for vacuum arc furnaces. The flange is attached to the pipe by preheating and welding the parts to be joined by at least three plasmatrons. Plasmatrons have relative movement along the junction of the welded parts of the product (RF patent 2053077).

Основным недостатком указанного способа является наличие сварных соединений, свойства которых практически всегда ниже одноименных свойств основного материала на 10-15% за счет литой структуры, которая наименее стойка к знакопеременным нагрузкам, характерным для работы конструкции. В этой области металл также имеет склонность к образованию таких сварочных дефектов, как трещины, поры, шлаковые включения, свищи, расслоение и др. Кроме этого, данный способ требует высокой квалификации исполнителей и трудозатрат. The main disadvantage of this method is the presence of welded joints, the properties of which are almost always lower than the same properties of the base material by 10-15% due to the cast structure, which is the least resistant to alternating loads characteristic of the structure. In this area, the metal also has a tendency to form welding defects such as cracks, pores, slag inclusions, fistulas, delamination, etc. In addition, this method requires highly skilled performers and labor.

Известен способ изготовления труб постоянного и периодического сечения с наружными утолщениями. Этот метод широко распространен при получении полых цилиндрических изделий, например бесшовных труб. Труба формуется методом горячего прессования на гидравлическом прессе из полой заготовки, который включает нагрев заготовки, прессование трубы прямым истечением из контейнера под воздействием пресс-штемпеля в кольцевой зазор между матрицей и подвижной иглой постоянного или переменного сечения с кольцевыми проточками. Перед началом прессования в канал матрицы устанавливают участок иглы меньшего диаметра. В таком положении иглы прессуют передний конец трубы с толстой стенкой. По мере движения иглы вперед бурт иглы входит в матрицу, при этом кольцевой зазор между матрицей и иглой уменьшается и осуществляется выдавливание основного сечения трубы. При дальнейшем движении иглы вперед в рабочий канал матрицы входит шейка иглы. Отрезок трубы, прессуемый на шейке, под действием усилия прессования надвигается на бурт иглы и происходит раздача трубы с образованием наружного утолщения. При выходе шейки из матрицы толщина стенки плавно уменьшается до толщины основного сечения. После получения задней части основного сечения трубы процесс останавливают, иглу перемещают в исходное положение, соответствующее начальной стадии процесса, и осуществляют прессование второго внутреннего утолщения. Наружные формы трубы регулируются геометрическими размерами иглы (Л.М.Грамарник, А.А.Нагайцев. Прессование цветных металлов и сплавов, Москва, Металлургия, 1983 г., стр. 186-187) - прототип. A known method of manufacturing pipes of constant and periodic cross-section with external thickenings. This method is widespread in the manufacture of hollow cylindrical products, for example seamless pipes. The pipe is formed by hot pressing on a hydraulic press from a hollow billet, which includes heating the billet, pressing the pipe by direct flow from the container under the influence of a stamp into the annular gap between the die and a movable needle of constant or variable cross section with annular grooves. Before pressing, a portion of a needle of a smaller diameter is set in the channel of the matrix. In this position, the needles press the front end of the thick-walled pipe. As the needle moves forward, the shoulder of the needle enters the matrix, while the annular gap between the matrix and the needle decreases and the main section of the pipe is extruded. With further movement of the needle forward, the neck of the needle enters the working channel of the matrix. A piece of pipe, pressed on the neck, is pressed onto the shoulder of the needle under the action of the pressing force and the pipe is distributed with the formation of an external thickening. When the neck exits the matrix, the wall thickness gradually decreases to the thickness of the main section. After receiving the back of the main section of the pipe, the process is stopped, the needle is moved to its original position corresponding to the initial stage of the process, and the second internal thickening is pressed. The outer shapes of the pipe are regulated by the geometric dimensions of the needle (L. M. Gramarnik, A. A. Nagaitsev. Pressing non-ferrous metals and alloys, Moscow, Metallurgy, 1983, pp. 186-187) - prototype.

Основным недостатком прототипа является ограничение диаметра наружных утолщений, что ограничивает область применения прессуемых изделий. Соединение труб между собой, изготовленных по данному способу, производится на резьбе, нарезанной на утолщенной части. Осуществлять другие виды разъемных соединений или конструкций требующих наличие фланцев, на трубах с утолщениями, полученных данным способом, невозможно. The main disadvantage of the prototype is the limitation of the diameter of the outer thickenings, which limits the scope of the pressed products. The connection between the pipes made by this method is carried out on a thread cut into a thickened part. It is impossible to carry out other types of detachable joints or structures requiring the presence of flanges on pipes with bulges obtained by this method.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является получение полых цилиндрических изделий, состоящих из трубы с постоянным или переменным сечением наружной боковой поверхности и одностороннего фланца, в том числе крупногабаритных изложниц для вакуумных дуговых печей из медных сплавов, монолитной конструкции со стабильными и равнозначными механическими и теплопроводными свойствами по всему объему изделия, снижение трудоемкости изготовления изделий. The problem to which this invention is directed is to obtain hollow cylindrical products consisting of a pipe with a constant or variable cross section of the outer side surface and a one-sided flange, including large-sized molds for vacuum arc furnaces made of copper alloys, of a monolithic design with stable and equivalent mechanical and heat-conducting properties throughout the volume of the product, reducing the complexity of manufacturing products.

Техническим результатом реализации способа является формирование фланца, диаметр которого больше диаметра контейнера, с последующим прессованием трубы, наружный диаметр которой меньше диаметра контейнера при прямом прессовании и равен диаметру контейнера при выпрессовке трубы на пуансон. The technical result of the implementation of the method is the formation of a flange, the diameter of which is larger than the diameter of the container, followed by pressing the pipe, the outer diameter of which is smaller than the diameter of the container during direct compression and equal to the diameter of the container when pressing the pipe into the punch.

Задача решается тем, что в известном способе изготовления полых цилиндрических изделий, состоящих из трубы с постоянным или переменным сечением наружной боковой поверхности и одностороннего фланца из штучных цилиндрических заготовок, включающем нагрев заготовки, подачу заготовки с осевым отверстием в контейнер, прессование цилиндрической части изделия в зазор между рабочим каналом матрицы и подвижной пресс-иглой, постоянного или переменного с кольцевыми проточками сечения, дополнительно осуществляют формообразование фланца в полости, образованной между торцом контейнера и матрицедержателем. The problem is solved in that in the known method of manufacturing hollow cylindrical products, consisting of a pipe with a constant or variable cross-section of the outer side surface and a one-sided flange of piece cylindrical billets, including heating the workpiece, feeding the workpiece with an axial hole into the container, pressing the cylindrical part of the product into the gap between the working channel of the matrix and the movable press needle, constant or variable with annular grooves of the cross section, additionally form the flange into strips ty formed between the end of the container and the matrix holder.

При изготовлении полых цилиндрических изделий производят предварительное формообразование глухого отверстия в монолитной заготовке методом прошивки с помощью прошивника, закрепленного на торце иглы при установленной на матрицедержателе заглушке. In the manufacture of hollow cylindrical products, a blind hole is pre-shaped in a monolithic preform by flashing with the help of a firmware installed on the end of the needle with a plug installed on the matrix holder.

Осуществление "Способа изготовления полых цилиндрических изделий" иллюстрируется фиг. 1 и 2. The implementation of the "Method for manufacturing hollow cylindrical products" is illustrated in FIG. 1 and 2.

На фиг. 1 показана последовательность технологических переходов 1 изготовления полых цилиндрических изделий, состоящих из трубы с постоянным или переменным сечением наружной боковой поверхности и одностороннего фланца. На фиг.2 - прошивки заготовки. In FIG. 1 shows the sequence of technological transitions 1 of the manufacture of hollow cylindrical products, consisting of a pipe with a constant or variable cross-section of the outer side surface and one-sided flange. Figure 2 - firmware blanks.

Изготовление полых цилиндрических изделий по заявленному способу осуществляют следующим способом. The manufacture of hollow cylindrical products according to the claimed method is carried out as follows.

В исходном положении пресса (фиг. 1а) нагретый полый слиток 4 устанавливают на иглу 6 со стороны матрицы 2 и надвигают на него контейнер 5 до упора с матрицедержателем 1. Совместно с прижатым матрицедержателем и контейнером образуют замкнутую полость 3, по форме соответствующую фланцу изделия. В замкнутой полости 3 формируется фланец изделия 7 (фиг.1б). Затем между матрицей 2 и иглой 6 формируется сечение трубы изделия 9 (фиг.1в). Пресс-остаток 8 соответствующий по внутреннему диаметру диаметру иглы, а по наружному диаметру - диаметру втулки контейнера, остается на фланце изделия 7 и удаляется при механической обработке. При необходимости на трубе изделия формируется утолщение по наружному диаметру 10 с помощью проточки 11 (фиг.1г). In the initial position of the press (Fig. 1a), the heated hollow ingot 4 is mounted on the needle 6 from the side of the matrix 2 and the container 5 is pulled onto it until it stops with the matrix holder 1. Together with the pressed matrix holder and the container, they form a closed cavity 3, corresponding in shape to the product flange. In a closed cavity 3, the flange of the product 7 is formed (figb). Then, between the matrix 2 and the needle 6, a section of the pipe of the product 9 is formed (Fig. 1c). The press residue 8 corresponding to the inner diameter of the needle, and the outer diameter to the diameter of the sleeve of the container, remains on the flange of the product 7 and is removed during machining. If necessary, a thickening along the outer diameter 10 is formed on the product pipe using a groove 11 (Fig. 1d).

При прессовании изделия из сплошной заготовки (фиг.2а) нагретый слиток 12 устанавливают в контейнер 5, при этом матрицедержатель с установленной в нем заглушкой 13 прижат к контейнеру 5. Затем слиток прошивается прошивником 14, закрепленным на торце иглы 6, оставляя при этом непрошитую часть заготовки, так называемое "дно" заготовки, толщиной до 40 мм, затем удаляется заглушка, прижимается контейнер с заготовкой к матрицедержателю. Далее происходит процесс прессования, при котором прошивается "дно" заготовки, оформляется фланец 7 (фиг. 2б) в замкнутую полость 3. Далее между матрицей 2 и иглой 5 формируется сечение трубы изделия 9 (фиг.2в). Пресс-остаток удаляется при механической обработке. When pressing the product from a continuous preform (Fig. 2a), the heated ingot 12 is installed in the container 5, while the matrix holder with the plug 13 installed in it is pressed against the container 5. Then, the ingot is flashed with a firmware 14 attached to the end of the needle 6, leaving an unbroken part blanks, the so-called "bottom" of the blank, up to 40 mm thick, then the plug is removed, the container with the blank is pressed against the matrix holder. Next, there is a pressing process in which the "bottom" of the workpiece is stitched, a flange 7 (Fig. 2b) is formed into a closed cavity 3. Then, a section of the product pipe 9 is formed between the matrix 2 and the needle 5 (Fig. 2c). The press residue is removed by machining.

Из изложенного выше описания предлагаемого изобретения "Способ изготовления полых цилиндрических изделий" следует, что изобретение позволяет получать методом прессования изделие монолитной конструкции, состоящее из трубы с постоянным или переменным сечением наружной боковой поверхности и одностороннего фланца, со стабильными и равнозначными механическими и теплопроводными свойствами по всему его объему. Прессование производят за один или два перехода на стандартном оборудовании с последующей механической обработкой. From the foregoing description of the present invention, “A method for manufacturing hollow cylindrical products”, it follows that the invention allows to obtain by pressing a monolithic product consisting of a pipe with a constant or variable cross-section of the outer side surface and a one-sided flange, with stable and equivalent mechanical and heat-conducting properties throughout its volume. Pressing is carried out in one or two transitions on standard equipment with subsequent machining.

Пример: Изготовлена изложница кристаллизатора вакуумной дуговой печи ДТВ - 8,7Г10, применяемая для плавки титана и его сплавов. Example: A mold was made of a crystallizer of a vacuum arc furnace DTV - 8.7G10, used for melting titanium and its alloys.

Геометрические размеры заготовки: наружный диаметр - 710 мм, длина - 950 мм, внутренний диаметр - 315 мм. The geometric dimensions of the workpiece: outer diameter - 710 mm, length - 950 mm, inner diameter - 315 mm.

Геометрические размеры изложницы: внутренний диаметр - 485 мм, диаметр фланца - 1000 мм, длина - 4000 мм, толщина фланца - 70 мм, толщина стенки изложницы - 40 мм. The geometric dimensions of the mold: inner diameter - 485 mm, flange diameter - 1000 mm, length - 4000 mm, flange thickness - 70 mm, mold wall thickness - 40 mm.

Материал - сплав БрХ0,8, полученный методом двойного переплава корпусов выработавших свой ресурс изложниц. The material is BrX0.8 alloy, obtained by the double remelting of the shells of exhausted molds.

Изделие изготовлено методом прессования на горизонтальном гидравлическом прессе усилием 20000тс. The product is made by pressing on a horizontal hydraulic press with a force of 20,000 tons.

Режимы прессования: нагрев заготовки до температуры (940±10)^oС, температура контейнера - (440±10)^oС; скорость прессования - 19-30 мм/с.Pressing modes: heating the workpiece to a temperature of (940 ± 10) ^o С, temperature of the container - (440 ± 10) ^o С; pressing speed - 19-30 mm / s.

Уровень механических свойств из прессованной заготовки значительно выше, чем из катанной плиты, так, по текучести в 1,4 раза, по прочности в 1,1-1,3 раза, по удлинению в 1,2 раза, по твердости в 1,29 раза и по ударной вязкости в 1,85 раза. Структура металла однородная по всему объему изделия. The level of mechanical properties from a pressed billet is much higher than from a rolled plate, so, by yield 1.4 times, strength 1.1-1.3 times, elongation 1.2 times, hardness 1.29 times and impact strength of 1.85 times. The metal structure is uniform throughout the volume of the product.

Предлагаемая конструкция крупногабаритной изложницы кристаллизатора значительно повышает ее стойкость (количество плавок увеличивается в 1,4-1,6 раза), увеличивается также взрывобезопасность работы вакуумной дуговой печи за счет исключения сварных соединений, материал которых имеет пониженные механические и нестабильные теплофизические свойства относительно основного металла изделия. The proposed design of a large-sized mold of the mold significantly increases its resistance (the number of heats increases by 1.4-1.6 times), the explosion safety of the vacuum arc furnace also increases due to the exclusion of welded joints, the material of which has reduced mechanical and unstable thermophysical properties relative to the base metal of the product .

Предложенный способ позволяет изготовить полые цилиндрические изделия, в т. ч. и крупногабаритные, с фланцем больше диаметра контейнера и последующим прессование трубы, наружный диаметр которой меньше диаметра контейнера при прямом прессовании и равен диаметру контейнера при выпрессовке трубы на пуансон, снизить трудозатраты, а также производить изделия, требующие стабильных механических и теплофизических свойств материала по всему его объему. The proposed method allows to manufacture hollow cylindrical products, including large ones, with a flange larger than the diameter of the container and then pressing the pipe, the outer diameter of which is smaller than the diameter of the container with direct pressing and equal to the diameter of the container when pressing the pipe into the punch, reduce labor costs, and also to produce products that require stable mechanical and thermophysical properties of the material throughout its volume.

Claims

1. A method of manufacturing a hollow product, consisting of a pipe with a constant or variable cross-section of the outer side surface and a one-sided flange of piece cylindrical billets, comprising heating the billet, feeding the billet with an axial hole into the container, pressing the cylindrical part of the product into the gap between the working channel of the matrix and the movable press needle of constant or variable cross-section with annular grooves and subsequent removal of the press residue, characterized in that the flange is additionally shaped in the cavity formed between the end of the container and the matrix holder.

2. The method according to p. 1, characterized in that they pre-shape the blind hole in the monolithic preform by flashing with the help of a firmware installed on the end of the needle with a plug installed on the matrix holder.