RU2486980C1

RU2486980C1 - Method of producing tubes from hardly-deformed metals

Info

Publication number: RU2486980C1
Application number: RU2012112777/02A
Authority: RU
Inventors: Исаак Александрович Шур; Дмитрий Дмитриевич Ваулин; Сергей Михайлович Голубев; Лариса Анатольевна Снегирева; Юрий Сергеевич Коротин; Константин Сергеевич Иванов; Сергей Александрович Симаков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС")
Priority date: 2012-04-03
Filing date: 2012-04-03
Publication date: 2013-07-10

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: proposed method comprises making seamless tube by hot expansion and forming of predrilled billet per one working cycle of the press. It includes also heating the billet, applying process lubricant, loading the billet into container, expanding the billet in press container by arbour with expanding tip secured in ram, forming the tube by ram in clearance between female die and arbour and separating the tube from moulding residues. Billet is fed by feeder to press axle in space between female die mounted at press front crossbar and moving container. Then, in ram idling, detachable expanding adapter fitted on arbour to slide thereon acts by its conical surface on billet bore. Billet is located by said adapter long press axle in displacement in feeder guides and pressed against female die by force making not over 0.5 of expansion force to preserve billet diameter and to load it into container. Then, feeder is removed from press axle, container is fitted on billet and pressed against female die to ensure uniform clearance between billet and container working chamber. Then, expansion ram first expands the billet to fill container cross-section and to remove squeezed piece. Then said ram forms the tube and extracts expanding adapter from the arbour.

EFFECT: seamless tube produce by hot expansion and forming.

1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области обработки металлов давлением, и может быть использовано при производстве бесшовных труб методом горячего прессования.The present invention relates to the field of metal forming, and can be used in the production of seamless pipes by hot pressing.

Известен способ изготовления бесшовных труб из труднодеформируемых металлов, согласно которому из предварительно сверленой заготовки сначала методом экспандирования на прошивном прессе получают гильзу, а затем из полученной гильзы на экструдинг-прессе прессуют трубу (Прессование стальных труб и профилей. М.: Металлургия, 1973. 191 с. Авт.: Г.И.Гуляев, А.Е.Притоманов, О.П.Дробич и др.)A known method of manufacturing seamless pipes from hardly deformable metals, according to which a sleeve is first obtained from the pre-drilled billet by expansion method on a piercing press, and then a pipe is pressed from the obtained sleeve on an extruding press (Pressing steel pipes and profiles. M .: Metallurgy, 1973. 191 S. Auth .: G.I. Gulyaev, A.E. Pritomanov, O.P. Drobich and others)

Основными недостатками приведенного способа являются большие капитальные затраты и повышенные эксплуатационные расходы, связанные с необходимостью применения двух видов прессов и соответственно комплектов нагревательного и адъюстажного оборудования.The main disadvantages of this method are the high capital costs and increased operating costs associated with the need to use two types of presses and, accordingly, sets of heating and adjunct equipment.

Известен также способ изготовления труб из труднодеформируемых металлов методом горячего экспандирования и прессования предварительно сверленых заготовок за один рабочий цикл пресса, включающий нагрев заготовки, нанесение технологической смазки, загрузку заготовки в контейнер, последовательные операции экспандирования заготовки в контейнере пресса с помощью оправки, закрепленной в пресс-штемпеле и снабженной экспандирующим наконечником, и прессования трубы пресс-штемпелем в зазор между матрицей и оправкой, отделение трубы от пресс-остатка (Патент RU №2166394 C1 «Способ изготовления стальных бесшовных труб», опубл. 10.05.2001) - прототип.There is also a known method of manufacturing pipes from difficult-to-deform metals by hot expansion and pressing of pre-drilled workpieces in one press working cycle, including heating the workpiece, applying technological lubricant, loading the workpiece into the container, sequential operations of expanding the workpiece in the press container using a mandrel fixed in the press stamp and equipped with an expanding tip, and pressing the pipe with a press stamp into the gap between the die and the mandrel, separating the pipe from the pres s-residue (Patent RU No. 2166394 C1 “Method for the production of seamless steel pipes”, publ. 10.05.2001) - prototype.

Недостатком известного способа является отсутствие позиционирования заготовки по оси пресса при загрузке в контейнер, вследствие чего внутри его рабочей полости заготовка располагается асимметрично, образуя неравномерный зазор по периметру. Такая неконцентричность расположения заготовки в контейнере при экспандировании вызывает неравномерное течение металла в поперечном направлении. В результате оправка отклоняется с оси пресса и смещается в очке матрицы, что при последующем прессовании приводит к увеличению разнотолщинности трубы, а в крайнем случае к поломке оправки.The disadvantage of this method is the lack of positioning of the workpiece along the axis of the press when loading into the container, as a result of which the workpiece is located asymmetrically inside its working cavity, forming an uneven gap around the perimeter. Such non-concentric arrangement of the workpiece in the container during expansion causes an uneven flow of metal in the transverse direction. As a result, the mandrel deviates from the axis of the press and moves in the matrix point, which during subsequent pressing leads to an increase in the thickness of the pipe, and in extreme cases to breakage of the mandrel.

Задачей предлагаемого способа изготовления труб из труднодеформируемых металлов является уменьшение их разнотолщинности за счет позиционирования заготовки по оси пресса при загрузке в контейнер посредством экспандирующего наконечника на оправке, зажимающего заготовку в пространстве между матрицей и контейнером с последующим надвиганием последнего на заготовку и обеспечением одинакового кольцевого зазора между заготовкой и рабочей полостью контейнера для равномерного поперечного течения металла при экспандировании.The objective of the proposed method for the manufacture of pipes from difficult to deform metals is to reduce their thickness by positioning the workpiece along the axis of the press when loading into the container by means of an expanding tip on the mandrel, clamping the workpiece in the space between the die and the container, followed by pushing the workpiece onto the workpiece and ensuring the same annular gap between the workpiece and the working cavity of the container for uniform cross-flow of metal during expansion.

Поставленная задача решается способом изготовления труб из труднодеформируемых металлов методом горячего экспандирования и прессования предварительно сверленых заготовок за один рабочий цикл пресса, включающий нагрев заготовки, нанесение технологической смазки, загрузку заготовки в контейнер, последовательные операции экспандирования заготовки в контейнере пресса с помощью оправки, закрепленной в пресс-штемпеле и снабженной экспандирующим наконечником, и прессования трубы пресс-штемпелем в зазор между матрицей и оправкой, отделение трубы от пресс-остатка, в котором в отличие от прототипа при загрузке заготовку податчиком подают на ось пресса в пространство между матрицей, установленной в передней траверсе пресса, и подвижным контейнером, затем при холостом ходе пресс-штемпеля съемный экспандирующий наконечник, надетый на оправку по подвижной посадке, конической поверхностью вступает в контакт с отверстием в заготовке, позиционируя ее по оси пресса при перемещении в направляющих податчика и прижиме к матрице с усилием, составляющим не более 0,5 усилия экспандирования, податчик убирают с оси пресса, контейнер надвигают на заготовку и прижимают к матрице, обеспечивая равномерный кольцевой зазор между заготовкой и рабочей полостью контейнера, после чего рабочим ходом пресс-штемпеля сначала производят экспандирование заготовки с заполнением поперечного сечения контейнера и удалением выпрессовки, а дальнейшим ходом - прессование трубы с выталкиванием экспандирующего наконечника с оправки.The problem is solved by the method of manufacturing pipes from difficult-to-deform metals by hot expansion and pressing of pre-drilled billets in one press working cycle, including heating the billet, applying technological grease, loading the billet into the container, sequential operations of expanding the billet in the press container using a mandrel fixed in the press -stamped and equipped with an expanding tip, and pressing the pipe with a stamp to the gap between the matrix and the mandrel, department the pipe from the press residue, in which, in contrast to the prototype, when loading the billet with a feeder, it is fed to the press axis into the space between the matrix installed in the front crosshead of the press and the movable container, then, when the stamp is idle, a removable expanding tip worn on the mandrel on a movable fit, the conical surface comes into contact with the hole in the workpiece, positioning it along the axis of the press when moving in the guides of the feeder and pressing it to the matrix with a force of not more than 0.5 expandiro The feeder, the feeder is removed from the axis of the press, the container is pulled onto the workpiece and pressed against the die, providing a uniform annular gap between the workpiece and the working cavity of the container, after which the workpiece is expanded by first pressing the stamp to fill the cross section of the container and remove the extrusion, and then in progress - pipe pressing with the expander tip pushed out from the mandrel.

Предлагаемый способ изготовления труб из труднодеформируемых металлов за счет загрузки сверленой заготовки податчиком на ось пресса в пространство между матрицей, установленной в передней траверсе пресса, и отодвинутым от нее контейнером обеспечивает при холостом ходе пресс-штемпеля с оправкой, снабженной экспандирующим наконечником, точное позиционирование заготовки по оси пресса при ее перемещении в направляющих податчика и прижиме к матрице экспандирующим наконечником, который конической поверхностью контактирует с отверстием в заготовке. В результате при последующем надвигании контейнера на заготовку и прижиме его к матрице образуется одинаковый кольцевой зазор между заготовкой и рабочей полостью контейнера, который при экспандировании обеспечивает равномерное поперечное течение металла, исключающее отклонение оправки с оси пресса и ее смещение в очке матрицы.The proposed method of manufacturing pipes from difficult-to-deform metals by loading a drilled workpiece with a feeder on the press axis into the space between the matrix installed in the front crosshead of the press and the container moved away from it ensures, during idling of the press stamp with a mandrel equipped with an expanding tip, the exact positioning of the workpiece by the axis of the press when it is moved in the guides of the feeder and pressed to the matrix with an expanding tip that contacts the hole with a conical surface in the blank. As a result, when the container is subsequently pushed onto the workpiece and pressed against the matrix, an identical annular gap is formed between the workpiece and the container working cavity, which, when expanded, ensures uniform transverse metal flow, eliminating the mandrel deviation from the press axis and its displacement in the matrix point.

Ограничение усилия прижима заготовки к матрице при ее фиксации на оси пресса перед надвиганием на нее контейнера величиной не более 0,5 усилия экспандирования предотвращает расширение диаметра торца нагретой заготовки вследствие контакта ее отверстия с конической поверхностью экспандирующего наконечника. В результате сохраняется диаметр заготовки, что гарантированно обеспечивает ее загрузку в рабочую полость контейнера.The limitation of the clamping force of the workpiece to the matrix when it is fixed on the axis of the press before the container is pushed onto it with a magnitude of no more than 0.5 force of expansion prevents the diameter of the end face of the heated workpiece from expanding due to the contact of its hole with the conical surface of the expanding tip. As a result, the diameter of the workpiece is preserved, which ensures that it is loaded into the working cavity of the container.

Применение съемного экспандирующего наконечника, надетого на оправку по подвижной посадке, обеспечивает его удаление с оправки после экспандирования в самом начале процесса прессования трубы, благодаря чему в течение одного рабочего хода пресс-штемпеля процесс экспандирования заготовки переходит в процесс прессования трубы без каких-либо промежуточных операций, что существенно увеличивает производительность пресса.The use of a removable expanding tip, worn on the mandrel along a movable fit, ensures its removal from the mandrel after expansion at the very beginning of the pipe pressing process, due to which during one working stroke of the press stamp the workpiece expanding process goes into the pipe pressing process without any intermediate operations , which significantly increases the productivity of the press.

Предложенный способ изготовления труб из труднодеформируемых металлов поясняется схемой на фиг.1, где представлены последовательные положения основных элементов пресса и инструментальной оснастки при экспандировании и прессовании трубы из сверленой заготовки за один рабочий цикл пресса. На виде «а» схемы показано исходное положение элементов при подаче заготовки на ось пресса, на виде «б» - позиционирование заготовки на оси пресса и ее прижим к матрице, на виде «в» - положение контейнера с заготовкой внутри перед экспандированием, на виде «г» - окончание процесса экспандирования трубы, на виде «д» - окончание процесса прессования трубы, на виде «е» - отделение трубы от прессостатка.The proposed method of manufacturing pipes from difficult-to-deform metals is illustrated by the diagram in figure 1, which shows the sequential positions of the main elements of the press and tooling during expansion and pressing of pipes from drilled billets in one working cycle of the press. The initial position of the elements when feeding the workpiece to the press axis is shown in view “a” of the diagram, positioning of the workpiece on the press axis and its pressing against the matrix in view “b”, and the position of the container with the workpiece inside before expansion, in view “c”, in the view “G” - the end of the process of expansion of the pipe, in the form of “d” - the end of the process of pressing the pipe, in the form of “e” - the separation of the pipe from the pressure switch.

В исходном положении прессующая траверса 1 с закрепленным на ней пресс-штемпелем 2 с оправкой 3 и надетыми на нее пресс-шайбой 4 и экспандирующим наконечником 5 находятся в крайнем заднем положении. Контейнер 6 с рабочей втулкой 7 и упором 8 отодвинут от передней траверсы 9, в которой установлена матрица 10, на расстояние, достаточное для подачи в пространство между ними нагретой сверленой заготовки 11 с помощью податчика 12.In the initial position, the pressing beam 1 with the press stamp 2 fixed on it with the mandrel 3 and the press washer 4 and the expanding tip 5 mounted on it are in the extreme rear position. The container 6 with the working sleeve 7 and the stop 8 is moved away from the front crosshead 9, in which the matrix 10 is installed, to a distance sufficient to supply the heated drilled workpiece 11 into the space between them using the feeder 12.

В начале цикла прессования заготовку 11 податчиком 12 устанавливают на ось пресса. Затем холостым ходом прессующей траверсы 1 пресс-штемпель 2 с оправкой 3, экспандирующим наконечником 5 и пресс-шайбой 4 направляют внутрь рабочей втулки 7 контейнера 6. Экспандирующий наконечник проходит через рабочую втулку и конической поверхностью упирается в отверстие заготовки, перемещая ее по направляющим податчика до упора в матрицу 10. При этом усилие прижима должно быть достаточным для удержания заготовки на оси пресса и не деформировать диаметр торца.At the beginning of the pressing cycle, the workpiece 11 by the feeder 12 is mounted on the axis of the press. Then, by idling the pressing beam 1, the press stamp 2 with the mandrel 3, the expanding tip 5 and the press washer 4 are directed inside the working sleeve 7 of the container 6. The expanding tip passes through the working sleeve and rests against the workpiece with a tapered surface, moving it along the feeder guides to emphasis in the matrix 10. In this case, the clamping force should be sufficient to hold the workpiece on the axis of the press and not deform the diameter of the end face.

После позиционирования заготовки по оси пресса и остановки прессующей траверсы 1 податчик 12 отводят из зоны пресса и надвигают контейнер 6 на заготовку до упора в матрицу 10. Ходом прессующей траверсы совершается процесс экспандирования, который после выхода экспандирующего наконечника 5 за пределы матрицы и удаления выпрессовки переходит в процесс прессования трубы пресс-штемпелем 2 в зазор между матрицей 10 и оправкой 3. При этом в самом начале прессования съемный экспандирующий наконечник снимается прессуемой трубой с конца оправки.After positioning the workpiece along the press axis and stopping the traverse 1, the feeder 12 is withdrawn from the press zone and the container 6 is pulled onto the workpiece until it stops in the die 10. During the traverse, the expansion process is performed, which, after the expanding tip 5 goes beyond the matrix and removes the extrusion, goes into the process of pressing the pipe with a press stamp 2 into the gap between the die 10 and the mandrel 3. In this case, at the very beginning of pressing, the removable expanding tip is removed by the extruded pipe from the end of the mandrel.

Прессование трубы заканчивается при упоре прессующей траверсы 1 в упор 8, который ограничивает длину пресс-остатка 14.The pressing of the pipe ends with the stop of the pressing beam 1 at the stop 8, which limits the length of the press residue 14.

После окончания прессования прессующая траверса 1 с пресс-штемпелем и оправкой возвращается в исходное положение. Контейнер 6 отводится от матрицы 10, вытягивая из нее задний конец трубы 13 для прохода диска пилы 15. Пила отделяет пресс-остаток 14 от трубы и выводится из зоны пресса, после чего при ходе контейнера вперед черенком пресс-остатка отпрессованная труба выталкивается из матрицы на выходной стол пресса. В это время на оправку одеваются пресс-шайба и экспандирующий наконечник для следующего цикла прессования.After pressing, the pressing beam 1 with the stamp and the mandrel returns to its original position. The container 6 is diverted from the matrix 10, pulling the rear end of the pipe 13 out of it to pass the saw blade 15. The saw separates the press balance 14 from the pipe and is removed from the press zone, after which the pressed pipe is pushed out of the matrix by moving the cuttings of the press residue forward exit table press. At this time, a press washer and an expanding tip are put on the mandrel for the next pressing cycle.

Контейнер отводится от матрицы, и на ось пресса устанавливают приемник пресс-остатка (на фиг.1 не показан), в который ходом прессующей траверсы вперед выталкивают из контейнера пресс-остаток с пресс-шайбой. Контейнер и прессующая траверса возвращаются в исходное положение, приемник пресс-остатка удаляют с оси пресса. Пресс готов к следующему циклу прессования трубы.The container is retracted from the matrix, and a press rest receiver (not shown in FIG. 1) is mounted on the press axis, into which the press rest with a press washer is pushed forward from the container by the press beam. The container and the press beam are returned to their original position, the receiver of the press residue is removed from the axis of the press. The press is ready for the next cycle of pipe pressing.

Предлагаемый способ изготовления труб из труднодеформируемых металлов методом горячего экспандирования и прессования предварительно сверленых заготовок за один рабочий цикл пресса был опробован при прессовании на прессе усилием 20 МН опытной партии труб из титанового сплава ВТ1-0 диаметром 65 мм и номинальной толщиной стенки 10 мм. Отклонения толщины стенок изготовленных труб находились в пределах ±0,6 мм, что соответствует относительной разностенности ±6% и значительно превосходит требования ASTM B861-09, согласно которым допустимая относительная разностенность составляет ±12,5%.The proposed method for the manufacture of pipes from difficult-to-deform metals by hot expansion and pressing of pre-drilled billets in one working cycle of the press was tested by pressing on a press with a force of 20 MN of an experimental batch of pipes made of titanium alloy VT1-0 with a diameter of 65 mm and a nominal wall thickness of 10 mm. The wall thickness deviations of the manufactured pipes were within ± 0.6 mm, which corresponds to a relative difference of ± 6% and significantly exceeds the requirements of ASTM B861-09, according to which the permissible relative difference is ± 12.5%.

Таким образом, предлагаемый способ изготовления труб позволяет за счет позиционирования сверленой заготовки по оси пресса при загрузке в контейнер посредством съемного экспандирующего наконечника на оправке, зажимающего заготовку в пространстве между матрицей и контейнером, и обеспечения равномерного кольцевого зазора между заготовкой и рабочей полостью контейнера перед экспандированием существенно уменьшить разнотолщинность прессованных труб и повысить выход годной продукции.Thus, the proposed method of manufacturing pipes allows, by positioning the drilled workpiece along the axis of the press when loading into the container by means of a removable expanding tip on a mandrel, clamping the workpiece in the space between the die and the container, and ensuring a uniform annular gap between the workpiece and the working cavity of the container before expansion reduce the thickness of the pressed pipes and increase the yield of products.

Claims

A method of manufacturing pipes from difficult-to-deform metals by hot expansion and pressing of pre-drilled billets in one working cycle of the press, including heating the billet, applying technological grease, loading the billet into the container, sequential operations of expanding the billet in the press container using an expansion mandrel fixed in the press stamp tip, and by pressing the pipe with a press stamp into the gap between the die and the mandrel, separating the pipe from the press residue, cast which, when loading the billet with a feeder, is fed to the press axis into the space between the matrix installed in the front crosshead of the press and the movable container, then, when the stamp is idle, the removable expanding tip, worn on the mandrel along the movable fit, enters into its conical surface contact with the hole in the workpiece, positions the workpiece along the axis of the press when moving in the guides of the feeder and presses it against the matrix with a force of not more than 0.5 force of expansion, then the feeder they shout from the axis of the press, and the container is pulled onto the workpiece and pressed against the matrix to ensure an even annular gap between the workpiece and the working cavity of the container, after which the workpiece is press-extruded by first expanding the workpiece by filling the cross section of the container and removing the extrusion, and then by pressing a pipe with pushing the expanding tip from the mandrel.