RU2527518C1

RU2527518C1 - Ball valve semi-body with flange and method of its production

Info

Publication number: RU2527518C1
Application number: RU2013109144/02A
Authority: RU
Inventors: Алексей Эдуардович Артес; Андрей Николаевич Бойко
Original assignee: Закрытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Тяжпромарматура"
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2014-09-10
Also published as: RU2013109144A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: initial tubular billet is placed in first mould female die to form semi-finished product including cylindrical part, neck and adjoining flange by reverse and radial extrusion. Initial billet wall depth is selected subject to semi-finished product cylindrical part wall depth Produced semi-finished product is subjected to local heating to 1150-1100°C at cylindrical part. Them spherical part of semi-body is formed by expansion of heated part of semi-finished product at second mould at spherical male die.

EFFECT: higher strength of finished products.

5 cl, 2 dwg

Description

Группа изобретений относится к области арматуростроения и обработки металлов давлением, в частности используется при изготовлении корпусных деталей трубопроводной арматуры с применением гидравлического пресса двойного действия и может быть использована при получении цельнометаллических деталей, представляющих собой, например, полукорпус шарового крана с фланцем, выполненных из трубной или листовой металлических заготовок.The group of inventions relates to the field of valve manufacturing and metal forming, in particular, it is used in the manufacture of body parts for pipe fittings using a double-acting hydraulic press and can be used to obtain all-metal parts, which are, for example, a half-shell ball valve with a flange made of pipe or sheet metal blanks.

Из уровня техники известен ряд способов изготовления полукорпусов шаровых кранов посредством их горячей штамповки. Типовая технология производства полукорпусов включает раздельное изготовление сферической части полукорпуса с горловиной и воротникового фланца, который затем соединяют со сферической частью полукорпуса в зоне горловины методом сварки.A number of methods are known from the prior art for the manufacture of half-bodies of ball valves by means of their hot stamping. A typical technology for the production of half-shells includes the separate production of the spherical part of the half-shell with the neck and collar flange, which is then connected to the spherical part of the half-shell in the neck area by welding.

Так, известен способ изготовления корпусных деталей трубопроводной арматуры, включающий нагрев цилиндрической трубной заготовки и формирование из нее днища и патрубка корпусной детали, при этом трубную заготовку размещают в штампе на обжимном пуансоне и формирование днища осуществляют с постоянной, а патрубка - с изменяемой толщиной стенки путем обжима заготовки матрицей и последующего выдавливания патрубка, которое ведут формующим пуансоном в упомянутом штампе без переустановки заготовки (патент РФ на изобретение №2281823).So, there is a known method of manufacturing body parts of pipe fittings, including heating a cylindrical tube billet and forming a bottom and a nozzle of a body part from it, while the tube billet is placed in a stamp on a crimping punch and the formation of the bottom is carried out with a constant, and the tube with a variable wall thickness by crimping the workpiece with a matrix and then extruding the nozzle, which is carried out by a forming punch in the said stamp without reinstalling the workpiece (RF patent for the invention No. 2281823).

Однако в результате применения данного способа получают полукорпус шарового крана, к которому необходимо приварить фланец, что создает дополнительные прочностные риски при эксплуатации полученного изделия в части герметичности сварного соединения фланца с полукорпусом.However, as a result of the application of this method, a half-body of a ball valve is obtained, to which a flange must be welded, which creates additional strength risks when operating the obtained product in terms of the tightness of the welded joint of the flange with the half-body.

Также известен способ горячей штамповки фланца с втулкой, осадки кольцевой заготовки наружным пуансоном с получением полуфабриката и последующей формовки втулки внутренним пуансоном с конической частью и цилиндрической поверхностью (патент РФ на изобретение №2245211). Данный способ также реализуется на прессе двойного действия, однако в результате его применения возможно получение монолитной детали в виде втулки с цилиндрическими стенками постоянной толщины и фланцевой частью. Данная деталь не является корпусной деталью и нуждается в дополнительной обработке в виде формирования сферической части детали.Also known is a method of hot stamping a flange with a sleeve, upsetting the ring billet with an external punch to produce a semi-finished product and then forming the sleeve with an internal punch with a conical part and a cylindrical surface (RF patent for the invention No. 2225211). This method is also implemented on a double-action press, however, as a result of its application, it is possible to obtain a monolithic part in the form of a sleeve with cylindrical walls of constant thickness and a flange part. This part is not a body part and needs additional processing in the form of the formation of a spherical part of the part.

Известен способ штамповки деталей трубопроводной арматуры, описанный в статье «Технологические процессы изготовления поковок из трубных заготовок» (Артес А.Э., №11, 12, 2003 г., Кузнечно-штамповочное производство). Описаны способы штамповки полусфер, переходников, тройников. Типовой процесс изготовления полусферы реализуется на гидравлическом прессе двойного действия и включает вытяжку трубной заготовки, обжим с раздачей и высадку горловины. Полученные полусферы могут быть использованы в качестве полукорпусов шаровых кранов, однако для получения полноценного корпуса каждый полукорпус должен быть снабжен приваренным фланцем, что увеличивает общее количество сварных швов и ведет к увеличению времени изготовления расхода металла.A known method of stamping parts of pipe fittings, described in the article "Technological processes for the manufacture of forgings from pipe billets" (Artes A.E., No. 11, 12, 2003, Forging and stamping). Methods of stamping hemispheres, adapters, tees are described. A typical hemisphere manufacturing process is implemented on a double-action hydraulic press and includes the extraction of a tube billet, crimping with a hand and landing of the neck. The resulting hemispheres can be used as half-shells of ball valves, however, to obtain a full body, each half-shell must be equipped with a welded flange, which increases the total number of welds and leads to an increase in the production time of metal consumption.

Корпусные детали шаровых кранов изготавливаются методом литья, ковки и штамповки. При штамповке изготавливают, как правило, два идентичных полукопуса, соединяемых между собой одним сварным швом.Body parts of ball valves are made by casting, forging and stamping. When stamping, as a rule, two identical half-shells are made, which are interconnected by one weld.

Так, из патента RU 2395024 на способ сборки шарового крана известен полукорпус шарового крана, который для получения полноценной корпусной детали приваривают к аналогичному полукорпусу, а затем снабжают фланцем для обеспечения возможности крепления шарового крана. Фланец крепят в несколько этапов, сначала в технологической оснастке в нескольких местах полукорпуса, затем проваривают корень шва, потом выполняют окончательный сварной шов.So, from the patent RU 2395024 for the method of assembling a ball valve, the half-body of a ball valve is known, which is welded to a similar half-body to obtain a full body part, and then it is equipped with a flange to enable mounting of the ball valve. The flange is attached in several stages, first in technological equipment in several places of the half-shell, then the root of the seam is boiled, then the final weld is performed.

Полукорпус с приваренным фланцем не обладает высокой степенью надежности в эксплуатации из-за риска разрушения сварного шва, соединяющего полукорпус и фланец.A half-shell with a welded flange does not have a high degree of reliability in operation due to the risk of destruction of the weld connecting the half-shell and the flange.

Задачей заявляемой группы технических решений является создание способа изготовления деталей трубопроводной арматуры методом штамповки, в результате применения которого возможно получение цельноштампованной детали, представляющей собой полукорпус шарового крана с фланцем.The objective of the claimed group of technical solutions is to create a method of manufacturing parts of pipe fittings by stamping, as a result of which it is possible to obtain a fully stamped part, which is a half-body ball valve with a flange.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой группы изобретений, заключается в повышении производительности штамповки деталей, улучшении прочностных характеристик получаемой посредством заявляемого способа конструкции за счет исключения сварного соединения фланца с полукорпусом. Также при изготовлении цельноштампованного полукорпуса достигается существенная экономия металла и, как следствие, уменьшение габаритных размеров изделия за счет сокращения участка полукорпуса, являющегося переходной зоной между сферической и фланцевой частями конструкции в связи с отсутствием необходимости наличия пространства для выполнения сварного шва, соединяющего полукорпус с фланцем.The technical result achieved when using the claimed group of inventions is to increase the productivity of stamping parts, improve the strength characteristics obtained by the proposed method of construction by eliminating the welded joint of the flange with the half-shell. Also, in the manufacture of a single-stamped half-shell, significant metal savings are achieved and, as a result, a decrease in the overall dimensions of the product due to the reduction of the half-shell section, which is the transition zone between the spherical and flange parts of the structure, due to the absence of the need for space for a weld connecting the half-shell to the flange.

Сварной шов оказывает неоднородное термическое влияние на околошовную зону, вызывая концентрацию напряжений и снижая тем самым механическую и усталостную прочность трубопроводов. Поэтому отсутствие сварного шва и выполнение конструкции цельнометаллической придает дополнительную прочность изделию и обеспечивает надежность его в эксплуатации.The weld has an inhomogeneous thermal effect on the heat-affected zone, causing a stress concentration and thereby reducing the mechanical and fatigue strength of the pipelines. Therefore, the absence of a weld and the implementation of an all-metal construction gives additional strength to the product and ensures its reliability in operation.

Поставленная задача решается тем, что cпособ изготовления цельноштампованного полукорпуса шарового крана с фланцем включает нагрев исходной трубной заготовки, получение из нее полуфабриката, имеющего цилиндрическую часть с толщиной стенки S, горловину полукорпуса шарового крана и прилегающий к ней фланец полукорпуса с толщиной, при котором осуществляют формирование цилиндрической части полуфабриката путем обратного выдавливания исходной трубной заготовки в первом штампе одновременно с формированием фланца путем радиального выдавливания исходной трубной заготовки, толщину стенки которой S0 выбирают из диапазона 2S<S0<3S, полученный полуфабрикат подвергают локальному нагреву до температуры 1150-1100°C в цилиндрической части, а затем осуществляют формование сферической части полукорпуса шарового крана раздачей нагретой до указанной температуры части полуфабриката во втором штампе на сферическом пуансоне.The problem is solved in that the method of manufacturing a fully stamped half-shell of a ball valve with a flange includes heating the original tube billet, obtaining from it a semi-finished product having a cylindrical part with a wall thickness S, the neck of the half-shell of a ball valve and the adjacent half-shell flange with a thickness at which the formation of the half-shell the cylindrical part of the semi-finished product by extruding the original tube stock in the first die simultaneously with the formation of the flange by radial extrusion of the initial tube billet, the wall thickness of which S0 is selected from the range 2S <S0 <3S, the resulting semi-finished product is subjected to local heating to a temperature of 1150-1100 ° C in the cylindrical part, and then the spherical part of the half-shell of the ball valve is formed by distributing the part of the semi-finished product heated to the specified temperature in the second stamp on a spherical punch.

Раздачу полуфабриката могут осуществлять при температуре фланца и горловины не более 700°C пуансоном через подкладную плиту, которую размещают на фланце.The distribution of the semi-finished product can be carried out at a temperature of the flange and the neck of not more than 700 ° C with a punch through the backing plate, which is placed on the flange.

Обратное и радиальное выдавливание исходной трубной заготовки в первом штампе и раздачу полуфабриката во втором штампе осуществляют одним пуансоном на гидравлическом прессе двойного действия, на столе которого устанавливают первый и второй штампы, при этом для осуществления раздачи производят смену штампа путем смещения стола пресса до совмещения оси пуансона с осью второго штампа.Reverse and radial extrusion of the original tube billet in the first die and the distribution of the semi-finished product in the second die is carried out by one punch on a double-acting hydraulic press, on the table of which the first and second dies are installed, in order to distribute, the die is changed by shifting the press table to align the punch axis with the axis of the second stamp.

Толщина фланца меньше толщины стенки исходной заготовки S0.The thickness of the flange is less than the wall thickness of the initial workpiece S0.

Цельноштампованный полукорпус шарового крана с фланцем, изготовленный указанным способом, выполнен со сферической частью и горловиной, к которой прилегает фланец. The whole-stamped half-body of a ball valve with a flange made in this way is made with a spherical part and a neck to which the flange abuts.

Заявляемая группа изобретений поясняется следующими чертежами, на которыхThe claimed group of inventions is illustrated by the following drawings, in which

на фиг.1 схематично представлено видоизменение заготовки, размещенной в штампе, при реализации последовательности действий заявляемого способа, при этом в правой части чертежа представлена исходная заготовка, размещенная в матрице, а в левой части изображен полуфабрикат полукорпуса с сформированным фланцем и выдавленной цилиндрической частью;figure 1 schematically shows the modification of the workpiece placed in the stamp, when implementing the sequence of actions of the proposed method, while the right side of the drawing shows the original workpiece placed in the matrix, and the left side shows the semi-finished semi-housing with the formed flange and extruded cylindrical part;

на фиг.2 представлен заявляемый полукорпус шарового крана с фланцем после раздачи сферической части.figure 2 presents the inventive half-shell ball valve with a flange after the distribution of the spherical part.

Позициями на чертежах обозначены:The positions in the drawings indicate:

1 - матрица,1 - matrix

2 - пуансон первого и второго штампа,2 - punch of the first and second stamp,

3 - заготовка трубной формы (трубная заготовка),3 - billet pipe form (pipe billet),

4 - полость,4 - cavity

5 - плита,5 - plate

6 - фланец,6 - flange

7 - наружный ползун,7 - outer slider,

8 - выталкиватели первого штампа,8 - ejectors of the first stamp,

9 - подкладная плита,9 - underlay plate,

10 - выталкиватели второго штампа,10 - ejectors of the second stamp,

11 - сферический пуансон второго штампа,11 - spherical punch of the second stamp,

12 - сферическая часть,12 - spherical part,

13 - горловина.13 - neck.

Изготовление детали заявляемой конструкции заявляемым способом возможно на гидравлическом прессе двойного действия, осуществляющем горячую объемную штамповку и снабженном двухпозиционным штампом, установленном на выдвижном столе пресса.The manufacture of the details of the claimed design by the claimed method is possible on a double-action hydraulic press that performs hot forging and is equipped with a two-position die mounted on a sliding table of the press.

Способ осуществляют следующим образом. Для реализации заявляемого способа используют толстостенную заготовку 3 трубной формы с толщиной стенки S₀. При этом заготовка 3 трубной формы может представлять собой как отрезок трубы нужного диаметра, так и сваренную по образующей из одного или нескольких листов цилиндрическую обечайку. Заготовку 3 предварительно нагревают до температуры около 1150-1200°C и с помощью инструментального манипулятора устанавливают на плите 5 первого штампа, центрируют ее нижний торец по углублению в плите 5. При этом внутренний ползун пресса с закрепленным на нем пуансоном 2 и наружный ползун с закрепленной на нем матрицей 1 находятся в крайнем верхнем положении. Затем заготовку 3 центрируют за счет опускания внутреннего ползуна и частичного расположения пуансона 2 внутри заготовки. После завершения процесса центрирования заготовки опускают наружный ползун 7 и доводят матрицу 1 до соприкосновения с плитой 5 с силой P₁. Затем опускают внутренний ползун и под действием силы Р производят операцию радиального выдавливания металла в полость между торцом матрицы и плитой. Высота полости h соответствует высоте формуемой фланцевой части, при этом для формования изделия выбирают заготовку толщиной S₀>h. При этом происходит одновременное выдавливание металла вверх с формированием цилиндрической части заготовки (стенки «стакана») толщиной S и внутренним диаметром D. Для обеспечения прочности изделия толщину S стенки «стакана» обеспечивают в зависимости от толщины исходной заготовки исходя из следующего диапазона 2S<S₀<3S. За счет того, что величина степени относительной деформации при радиальном выдавливании значительно меньше величины степени деформации при обратном выдавливании, первоначально происходит формирование фланца 6, то есть заполнение металлом заготовки полости 4 за счет того, что сопротивление течению металла в формуемой фланцевой части будет меньше, чем сопротивление у стенок цилиндрической части. Этому также способствует трение металла по стенке матрицы при его истечении вверх. Наружный ползун осуществляет силовое смыкание матрицы с плитой и тем самым уравновешивает отжимающие силы, возникающие при заполнении металлом полости для формирования фланца. Величина рабочего хода внутреннего ползуна с пуансоном регулируется на заданную величину, например упором, устанавливаемым под торец пуансона или с помощью конечных выключателей для того, чтобы зафиксировать высоту утолщенной части «стакана», прилегающей к фланцу. После окончания описанного процесса штамповки сначала вверх поднимают внутренний ползун, а затем наружный. При этом поковка (полученный полуфабрикат) остается на плите штампа. Удаление полуфабриката из штампа осуществляют выталкивателями 8. Первый штамп подготавливают к повторному использованию, для чего его очищают и наносят на него смазочные материалы. Полученную поковку перемещают в нагревательное устройство, где осуществляют локальный нагрев формуемой сферической части полукорпуса, то есть верхней части зоны «стакана», не допуская нагрева сформованной фланцевой зоны и горловины полуфабриката. После нагрева этой части до температуры 1150°C осуществляют перемещение стола пресса до совмещения осей второго штампа и пуансона. Затем нагретый полуфабрикат устанавливают с поворотом на 180° относительно вертикальной оси на сферический пуансон 11 второго штампа. При помощи инструментального манипулятора на сформированную фланцевую часть поковки устанавливают подкладную плиту 9. Затем осуществляют ход внутреннего ползуна, который через подкладную плиту 9 с силой P₁ осуществляет операцию раздачи. При этом обеспечивают температуру металла в зоне перехода от сферической к фланцевой части не более 700°C, что способствует устойчивости процесса раздачи. По окончании готовое изделие - поковку полукорпуса с фланцем - удаляют концевым выталкивателем 10, расположенным в плите второго штампа.The method is as follows. To implement the proposed method using a thick-walled blank 3 tube shape with a wall thickness of S ₀ . In this case, the tube-shaped blank 3 can be either a pipe segment of the desired diameter or a cylindrical shell welded along a generatrix of one or more sheets. The preform 3 is preheated to a temperature of about 1150-1200 ° C and, using the tool manipulator, is installed on the plate 5 of the first stamp, its lower end is centered along the recess in the plate 5. In this case, the inner press slider with the punch 2 fixed on it and the outer slider with the pin fixed matrix 1 on it are in the highest position. Then the workpiece 3 is centered by lowering the inner slide and the partial location of the punch 2 inside the workpiece. After the centering process is completed, the outer slider 7 is lowered and the matrix 1 is brought into contact with the plate 5 with a force P ₁ . Then, the inner slider is lowered and, under the action of the force P, the metal is radially extruded into the cavity between the end of the matrix and the plate. The height of the cavity h corresponds to the height of the molded flange part, while for the molding of the product, a workpiece of thickness S ₀ > h is selected. In this case, the metal is simultaneously extruded upward with the formation of a cylindrical part of the preform (wall of the “glass”) of thickness S and inner diameter D. To ensure the strength of the product, the thickness S of the wall of the “glass” is provided depending on the thickness of the initial workpiece based on the following range 2S <S ₀ <3s. Due to the fact that the magnitude of the degree of relative deformation during radial extrusion is much smaller than the magnitude of the degree of deformation during reverse extrusion, the formation of the flange 6 occurs initially, that is, the blank 4 is filled with metal due to the fact that the resistance to metal flow in the molded flange part is less than resistance at the walls of the cylindrical part. This also contributes to the friction of the metal on the wall of the matrix when it flows up. The external slider carries out the force closure of the matrix with the plate and thereby balances the pressing forces that arise when the cavity is filled with metal to form the flange. The magnitude of the working stroke of the inner slider with the punch is adjusted by a predetermined amount, for example, by an emphasis placed under the end of the punch or by means of limit switches in order to fix the height of the thickened part of the “glass” adjacent to the flange. After the completion of the stamping process described above, first raise the inner slider, and then the outer one. In this case, the forging (obtained semi-finished product) remains on the stamp plate. Removing the semi-finished product from the stamp is carried out by ejectors 8. The first stamp is prepared for reuse, for which it is cleaned and lubricants are applied to it. The obtained forgings are transferred to a heating device, where local heating of the spherical part of the half-shell to be formed is carried out, that is, the upper part of the “glass” zone, preventing the formed flange zone and the neck of the semi-finished product from heating. After heating this part to a temperature of 1150 ° C, the press table is moved until the axes of the second stamp and the punch are aligned. Then the heated semi-finished product is installed with a rotation of 180 ° relative to the vertical axis on the spherical punch 11 of the second stamp. Using a tool manipulator, a backing plate 9 is mounted on the formed flange part of the forgings. Then, an inner slider is run, which, through the backing plate 9, carries out a dispensing operation with a force P ₁ . At the same time, the temperature of the metal in the transition zone from the spherical to the flange part is ensured not more than 700 ° C, which contributes to the stability of the distribution process. At the end of the finished product - the forging of a half-shell with a flange - is removed by an end ejector 10 located in the plate of the second stamp.

Таким образом, в результате выполнения описанных выше операций получают цельноштампованный полукорпус шарового крана с фланцем, полученный в результате комбинированного выдавливания и операции раздачи. Полученный полукорпус содержитThus, as a result of the operations described above, a single-stamped half-shell ball valve with a flange is obtained, obtained as a result of combined extrusion and dispensing operation. The resulting half-shell contains

- сферическую часть 12, толщина стенки которой S₀ в зависимости от толщины исходной заготовки S обеспечивается исходя из диапазона 2S<S₀<3S;- a spherical part 12, the wall thickness of which S ₀ depending on the thickness of the initial workpiece S is provided based on the range 2S <S ₀ <3S;

- горловину полукорпуса 13;- the neck of the half-shell 13;

- фланец 6, толщина которого h меньше толщины стенки исходной заготовки S₀.- flange 6, the thickness of which h is less than the wall thickness of the original workpiece S ₀ .

Claims

1. A method of manufacturing a one-piece stamped half-shell of a ball valve with a flange, comprising heating the original pipe billet, obtaining from it a semi-finished product having a cylindrical part with a wall thickness S, the neck of the half-shell of a ball valve and an adjacent half-shell flange, in which the cylindrical part of the semi-finished product is formed by reverse extruding the original tube stock in the first die simultaneously with the formation of the flange by radially extruding the original tube stock, thickness Tenkai wherein S ₀ is selected from the range of 2S <S ₀ <3S, resulting semifinished product is subjected to localized heating to 1150-1100 ° C temperature in the cylindrical portion, and then carried out of the spherical portion forming half shell of the ball valve to said distribution of the heated portion semifinished product temperature in the second die to spherical punch.

2. The method according to claim 1, characterized in that the distribution of the semi-finished product is carried out at a temperature of the flange and the neck of not more than 700 ° C punch through a backing plate, which is placed on the flange.

3. The method according to claim 1, characterized in that the reverse and radial extrusion of the original tube stock in the first stamp and the distribution of the semi-finished product in the second stamp is carried out by one punch on a double-acting hydraulic press, on the table of which the first and second stamps are installed, distributions produce a change of the stamp by shifting the table of the press to align the axis of the punch with the axis of the second stamp.

4. The method according to claim 1, characterized in that the thickness of the flange is less than the wall thickness of the original billet S ₀ .

5. The whole-stamped half-body of a ball valve with a flange made by the method according to claim 1, characterized in that it is made with a spherical part and a neck to which the flange abuts.