RU2242315C2

RU2242315C2 - Hollow spherical part making method

Info

Publication number: RU2242315C2
Application number: RU2002129816/02A
Authority: RU
Inventors: А.С. Матвеев (RU); А.С. Матвеев; А.М. Трусков (RU); А.М. Трусков; Ю.Б. Драпкин (RU); Ю.Б. Драпкин; А.А. Александров (RU); А.А. Александров; В.Н. Бекетов (RU); В.Н. Бекетов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью фирма "АКТАН"
Priority date: 2002-12-23
Filing date: 2002-12-23
Publication date: 2004-12-20

Abstract

FIELD: plastic working of metals, namely manufacture of hollow spherical parts.

SUBSTANCE: method comprises steps of filling blank with melt filler poured into annular cavity formed by means of blank and rod coaxially arranged inside blank; using filler whose melting temperature is less than that of blank material; cooling filler until solidifying it; squeezing and forming blank with filler in semi-spherical dies; then heating filler and removing it out of formed spherical part.

EFFECT: lowered energy consumption due to reduced mass of filler.

2 cl, 2 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к технологии изготовления полых изделий сферической формы.The invention relates to the field of metal forming, and in particular to a technology for manufacturing hollow spherical shaped products.

Известен способ изготовления полых сферических деталей, например пробок шаровых кранов из трубчатых заготовок, предусматривающий обжим мерной трубной заготовки в холодном состоянии между двумя полусферическими матрицами (см. Кузьмин Н.Н. и др. “Штамповка пробок шаровых кранов из трубчатых заготовок”, журнал “Кузнечно-штамповочное производство”, №10, 1985 г. стр.19).A known method of manufacturing hollow spherical parts, such as plugs of ball valves from tubular billets, provides for crimping a measured tube billet in the cold state between two hemispherical dies (see Kuzmin NN and others. “Stamping tube plugs of ball valves from tubular billets”, magazine “ Forging and stamping production ”, No. 10, 1985, p. 19).

Существенный недостаток способа - невысокие технологические возможности, ограничиваемые явлением потери устойчивости стенки заготовки в процессе ее обжима, что приводит к образованию складок материала в изготавливаемой детали и к необходимости увеличения стенок заготовок, то есть увеличению металлоемкости детали.A significant drawback of the method is its low technological capabilities, limited by the phenomenon of loss of stability of the workpiece wall during crimping, which leads to the formation of material folds in the workpiece and the need to increase the walls of the workpieces, that is, increase the metal consumption of the part.

Известен также способ изготовления полых сферических деталей, предусматривающий вытяжку двух полусфер из листовых заготовок и их последующую сварку (см. там же, стр.20).There is also a known method of manufacturing hollow spherical parts, involving the extraction of two hemispheres from sheet blanks and their subsequent welding (see ibid., P. 20).

Существенным недостатком способа является низкое качество изготовления и невысокая надежность деталей при эксплуатации, обусловленные тем, что в процессе сварки не обеспечивается однородность механических свойств материала в зоне сварного шва.A significant disadvantage of this method is the low manufacturing quality and low reliability of parts during operation, due to the fact that during the welding process the uniformity of the mechanical properties of the material in the weld zone is not ensured.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ формовки и пробивки труб, предусматривающий получение формы, отличной от цилиндрической, путем заполнения трубы жидким материалом с температурой плавления, меньшей, чем температура плавления трубы, замораживание трубы с образованием твердой массы, ее последующее уплотнение, формообразование контура и пробивка отверстия, после которых трубу нагревают до температуры плавления наполнителя и удаляют его (см. МПК B 21 D 9/15, НПК - 72/55, патент США №5974846, опубл. 02.11.99 г.) - ближайший аналог.Closest to the claimed technical solution is a method of forming and punching pipes, providing for obtaining a form other than cylindrical by filling the pipe with liquid material with a melting point lower than the melting temperature of the pipe, freezing the pipe to form a solid mass, its subsequent compaction, shaping the contour and punching the hole, after which the pipe is heated to the melting temperature of the filler and remove it (see IPC B 21 D 9/15, NPK - 72/55, US patent No. 59974846, publ. 02.11.99) - the closest tax.

Существенными недостатками известного способа являются:Significant disadvantages of this method are:

- невысокое качество изготавливаемых деталей из-за образования наплывов в экваториальной зоне заготовки, либо из-за образования зажимов материала в этой зоне на конечном этапе смыкания матриц штампа;- low quality of the manufactured parts due to the formation of sagging in the equatorial zone of the workpiece, or due to the formation of material clamps in this zone at the final stage of closing the die dies;

- высокая энергозатратность, связанная с необходимостью перевода наполнителя из жидкотекучего состояния в твердое, и наоборот;- high energy costs associated with the need to transfer the filler from a liquid to a solid state, and vice versa;

Известно, что при образовании сферической детали с осевым или двумя осевыми отверстиями длина и наружный диаметр заготовки должны иметь фиксированные геометрические значения, определяемые расчетным или опытным путем, для того чтобы получить качественную готовую деталь.It is known that when forming a spherical part with axial or two axial holes, the length and outer diameter of the workpiece must have fixed geometric values determined by calculation or empirically in order to obtain a high-quality finished part.

Указанные способы не позволяют обеспечить необходимое качество изготовления полых сферических деталей из-за возникновения в экваториальной зоне, не охваченной жесткими поверхностями полусферических матриц, дополнительной переменной нагрузки.These methods do not allow to provide the required manufacturing quality of hollow spherical parts due to the appearance of an additional variable load in the equatorial zone, not covered by the rigid surfaces of hemispherical matrices.

Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение качества изготавливаемых тонкостенных сферических изделий с одним или двумя осевыми отверстиями.The technical result of the claimed technical solution is to improve the quality of manufactured thin-walled spherical products with one or two axial holes.

Сущность технического решения заключается в том, что в способе изготовления полых сферических деталей, включающем заполнение заготовки расплавленным наполнителем, имеющим температуру плавления, меньшую, чем температура плавления материала заготовки, охлаждение наполнителя до твердого состояния, обжим и штамповку заготовки с наполнителем в полусферических матрицах, последующий нагрев наполнителя и его удаление из полученной сферической детали, предварительно наполнителю придают форму заготовки путем его заливки в кольцевую полость, образованную заготовкой и стержнем, соосно установленным внутрь заготовки, центрированной по ее наружному диаметру, причем суммарная толщина стенок заготовки и наполнителя обратно пропорциональна толщине стенки заготовки.The essence of the technical solution lies in the fact that in a method for manufacturing hollow spherical parts, comprising filling a preform with a molten filler having a melting point lower than the melting temperature of the preform, cooling the filler to a solid state, crimping and stamping the preform with filler in hemispherical matrices, a subsequent heating the filler and removing it from the obtained spherical part; the filler is preliminarily shaped into a blank by pouring it into an annular cavity formed by the workpiece and the rod coaxially mounted inside the workpiece centered on its outer diameter, and the total wall thickness of the workpiece and filler is inversely proportional to the wall thickness of the workpiece.

Предлагаемый способ поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен способ получения тонкостенных сферических деталей из трубной заготовки, а на фиг.2 - способ получения тонкостенных сферических деталей из листовой заготовки.The proposed method is illustrated by drawings, where figure 1 shows a method for producing thin-walled spherical parts from a tube stock, and figure 2 - a method for producing thin-walled spherical parts from a sheet stock.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

ПРИМЕР 1. Тонкостенную трубную заготовку 1 центрируют по наружному диаметру для чего ее устанавливают на подставку 2, затем внутрь заготовки 1 устанавливают стержень 3, соосно установленный внутрь заготовки 1 и кольца 4. В кольцевую полость, образованную стержнем 3 и заготовкой 1, заливают расплавленный наполнитель 5, температура которого ниже температуры плавления материала заготовки 1. После охлаждения наполнителя, который переходит при этом в твердое состояние, заготовку 1 с наполнителем 5 устанавливают в штамп, предварительно нанеся смазку на наружную поверхность заготовки. Штамп (не показан) имеет две матрицы 6 и 7 (см. фиг.1в) с полусферическими рабочими поверхностями. В исходном положении матрица 6 поднята вверх, обеспечивая таким образом установку заготовки 1 с наполнителем 5. Затем матрице 6 сообщают перемещение вниз, в результате которого происходит обжим заготовки 1 с наполнителем 5. При смыкании матриц 6 и 7 получают сферическую деталь 8 с наполнителем 5, которую затем нагревают до температуры плавления наполнителя 5, под действием собственного веса, вытекающего из полости детали 8 через имеющееся отверстие, и таким образом получают тонкостенную сферическую деталь (см. фиг.1г.)EXAMPLE 1. A thin-walled tubular billet 1 is centered on the outer diameter for which it is mounted on a stand 2, then a core 3 is installed inside the billet 1, coaxially mounted inside the billet 1 and the ring 4. The molten filler is poured into the annular cavity formed by the rod 3 and the billet 1. 5, the temperature of which is lower than the melting temperature of the material of the preform 1. After cooling the filler, which then becomes solid, the preform 1 with filler 5 is installed in a stamp, having previously applied lubricant the outer surface of the preform. The stamp (not shown) has two matrices 6 and 7 (see figv) with hemispherical working surfaces. In the initial position, the matrix 6 is raised up, thus providing the installation of the workpiece 1 with filler 5. Then the matrix 6 is informed of a downward movement, which results in the crimping of the workpiece 1 with filler 5. When matrices 6 and 7 are closed, a spherical part 8 with filler 5 is obtained, which is then heated to the melting temperature of the filler 5, under the action of its own weight, flowing out of the cavity of the part 8 through the existing hole, and thus get a thin-walled spherical part (see fig. 1)

Более полный контакт поверхностей штампуемой заготовки 1 с рабочими поверхностями матриц 6 и 7, а также постоянство диаметров отверстий штампуемых сферических деталей 8 обеспечивают стержни 9 и 10 (см. фиг.1в).A more complete contact of the surfaces of the stamped workpiece 1 with the working surfaces of the matrices 6 and 7, as well as the constancy of the diameters of the holes of the stamped spherical parts 8 provide the rods 9 and 10 (see figv).

ПРИМЕР 2. Способ предусматривает изготовление полой сферической детали из листовой заготовки 1, для чего ее изготавливают в виде круга (см. фиг.2а), затем вытягивают в стаканообразный полуфабрикат (см. фиг.2в), имеющий сферическое дно. Далее способ осуществляют аналогично ПРИМЕРУ 1.EXAMPLE 2. The method involves the manufacture of a hollow spherical part from a sheet blank 1, for which it is made in the form of a circle (see figa), then pulled into a glass-shaped semi-finished product (see figv), having a spherical bottom. Further, the method is carried out similarly to EXAMPLE 1.

При осуществлении способа ширину кольцевой полости выбирают таким образом, чтобы ее ширина вместе с толщиной стенки 1 составляла 0,05-0,15 наружного диаметра заготовки, при этом для получения более толстостенных заготовок принимаются меньшие значения, и наоборот. Причем суммарную толщину стенок заготовки и наполнителя принимают по величине, обратно пропорциональной толщине стенки заготовки. Это приводит к уменьшению объема наполнителя при его заливке в полость трубной заготовки и предотвращению потери устойчивости трубной заготовки при ее переформовке в полую сферическую деталь. Излишек наполнителя, например, при заполнении им всей полости заготовки в процессе ее штамповки приводит к увеличению давления наполнителя, приложенного к внутренней стенке заготовки, до величин, способных раздать трубную заготовку в экваториальной зоне сферической детали, и к образованию зажимов на штампуемой заготовке при смыкании матриц штампа, что не обеспечивает качественного изготовления сферических деталей.When implementing the method, the width of the annular cavity is chosen so that its width, together with the wall thickness 1, is 0.05-0.15 of the outer diameter of the workpiece, while smaller values are taken to obtain thicker workpieces, and vice versa. Moreover, the total wall thickness of the workpiece and the filler is taken in magnitude inversely proportional to the wall thickness of the workpiece. This leads to a decrease in the volume of the filler when it is poured into the cavity of the tubular billet and to prevent loss of stability of the tubular billet when it is transformed into a hollow spherical part. Excess filler, for example, when filling the entire cavity of the workpiece during stamping, increases the pressure of the filler applied to the inner wall of the workpiece to values that can distribute the pipe workpiece in the equatorial zone of the spherical part, and to form clamps on the workpiece to be formed when the dies are closed a stamp that does not provide high-quality manufacturing of spherical parts.

В качестве наполнителя могут быть использованы такие материалы как свинец и его сплавы, сплав олова с висмутом, термопластики и т.п.As a filler, materials such as lead and its alloys, an alloy of tin with bismuth, thermoplastics, etc. can be used.

Предлагаемое техническое решение реализуется, например, для изготовления пробок шаровых кранов, а также сферических тонкостенных деталей с одним или двумя отверстиями общемашиностроительного назначения из нержавеющих, углеродистых сталей и сплавов цветных металлов.The proposed technical solution is implemented, for example, for the manufacture of plugs for ball valves, as well as spherical thin-walled parts with one or two holes for general engineering purposes from stainless, carbon steels and non-ferrous alloys.

Предлагаемый способ изготовления полых сферических деталей по сравнению с ближайшим аналогом позволит устранить образование зажимов и складок на штампуемой заготовке при смыкании матриц штампа за счет уменьшения давления наполнителя, приложенного к внутренней стенке заготовки, а также увеличить устойчивость заготовки при проведении штамповки, что способствует повышению качества изготовления сферических деталей.The proposed method for the manufacture of hollow spherical parts in comparison with the closest analogue will eliminate the formation of clamps and folds on the stamped workpiece when closing the die matrix by reducing the pressure of the filler applied to the inner wall of the workpiece, as well as increase the stability of the workpiece during stamping, which improves the quality of manufacturing spherical parts.

Более того, заявляемый способ обеспечивает снижение энергетических затрат за счет меньшей массы наполнителя, на расплавление которой требуется меньше энергии как перед его заливкой, так и при удалении из полученной детали.Moreover, the inventive method provides a reduction in energy costs due to the smaller mass of the filler, the melting of which requires less energy before filling, and when removing from the resulting part.

Claims

1. A method of manufacturing a hollow spherical parts, comprising filling the preform with molten filler having a melting point lower than the melting temperature of the preform, cooling the filler to solid, crimping and stamping the preform with filler in hemispherical dies, subsequent heating of the filler and its removal from the obtained spherical details, characterized in that the pre-filler is shaped into the workpiece by pouring it into the annular cavity formed by the workpiece and the rod it, coaxially mounted inside the workpiece, centered on its outer diameter.

2. The method according to claim 1, characterized in that the total wall thickness of the workpiece and the filler is inversely proportional to the wall thickness of the workpiece.