Стан для обжима конца толстостенной трубной заготовки

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СТАН ДЛЯ ОБЖИМА КОНЦА ТОЛСТОСТЕННОЙ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Клубович Владимир Владимирович Клушин Валерий Александрович Томило Вячеслав Анатольевич Левкович Виктор Владимирович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(57) Стан для обжима конца толстостенной трубной заготовки, содержащий технологический блок с установленными в нем кольцевой матрицей с опорной втулкой и устройство для удаления обжатой трубной заготовки из матрицы, выполненное в виде жестко связанного со станиной силового цилиндра, на штоке которого закреплен выталкиватель, отличающийся тем, что в технологическом блоке дополнительно установлен соосно с матрицей индуктор для нагрева конца трубной заготовки, силовой цилиндр устройства для удаления обжатой трубной заготовки жестко состыкован на одной оси с силовым цилиндром устройства для калибрования внутреннего диаметра обжатого конца, на штоке цилиндра которого закреплен соосно с матрицей дорн, а шток цилиндра устройства для удаления жестко связан со станиной, при этом выталкиватель устройства для удаления выполнен в виде ступенчатого кольца, закрепленного на передней крышке силового цилиндра устройства для калибрования, и установлен в опорной втулке кольцевой матрицы по скользящей посадке.(56) 1. Пашкевич А.Г., Глазков В.И., Ершов В.И., Каширин М.Ф. Интенсификация процесса обжима полых цилиндрических заготовок // Кузнечно-штамповочное производство. 1976. -3. 2.2043813, МПК 21, 1995. 3. Непершин Р.И. Идеальные процессы обжима и раздачи толстостенных трубных заготовок // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2010. -6. Полезная модель относится к обработке металлов давлением и может быть использована для обжима концов толстостенных трубных заготовок, используемых, например, при изготовлении несущих осей сельскохозяйственной техники. Известно устройство для обжима конца толстостенной трубной заготовки под действием постоянной внешней нагрузки в штампе с электроподогревом матрицы для передачи тепла деформируемому концу трубной заготовки 1. Недостатком этого устройства является низкая производительность из-за длительности процесса нагрева концевого участка трубы для обеспечения требуемой температуры штамповки (обжима). В качестве прототипа выбран стан для обжима конца толстостенной трубной заготовки, содержащий технологический блок с установленными в нем кольцевой матрицей с опорной втулкой и устройство для удаления обжатой трубной заготовки из матрицы, выполненное в виде жестко связанного со станиной силового цилиндра, на штоке которого закреплен выталкиватель 2. Недостаток стана, выбранного в качестве прототипа, заключается в низкой производительности обжима конца толстостенной трубной заготовки из-за последовательного выполнения операций нагрева конца трубной заготовки, транспортировки нагретой заготовки на рольганг стана и последующего обжима конца трубной заготовки в стане путем ее проталкивания в матрицу, а также в ограниченных технологических возможностях,обусловленных утолщением стенки обжатого конца трубной заготовки. Утолщение конца трубной заготовки зависит от исходных параметров трубы (материал, размеры) и технологических параметров обжима (температура нагрева конца трубной заготовки, скорость проталкивания, угла конуса матрицы, степени обжатия и др.). Утолщение стенки обжатого конца трубной заготовки может колебаться от 5 до 30 в зависимости от профиля матрицы 3. Утолщение стенки обжатого конца толстостенной трубной заготовки приводит к неэффективному использованию исходной трубной заготовки и увеличению массы изделия,что недопустимо, например, при изготовлении несущих осей автотракторной техники и других точных трубных деталей. В этих случаях утолщение стенки обжатого конца трубной заготовки устраняют, как правило, путем механической обработки внутреннего диаметра обжатого конца. В основу полезной модели положена задача повышения производительности и расширения технологических возможностей обжима конца толстостенной трубной заготовки. Поставленная задача достигается тем, что в стане для обжима конца толстостенной трубной заготовки, содержащем технологический блок с установленными в нем кольцевой матрицей с опорной втулкой и устройство для удаления обжатой трубной заготовки из матрицы, выполненное в виде жестко связанного со станиной силового цилиндра, на штоке которого закреплен выталкиватель, в технологическом блоке дополнительно установлен соосно с матрицей индуктор для нагрева конца трубной заготовки, силовой цилиндр устройства для удаления обжатой трубной заготовки жестко состыкован на одной оси с силовым цилиндром устройства для калибрования внутреннего диаметра обжатого 2 106762015.06.30 конца, на штоке цилиндра которого закреплен соосно с матрицей дорн, а шток цилиндра устройства для удаления жестко связан со станиной, при этом выталкиватель устройства для удаления выполнен в виде ступенчатого кольца, закрепленного на передней крышке силового цилиндра устройства для калибрования, и установлен в опорной втулке кольцевой матрицы по скользящей посадке. Технический результат нового стана для обжима конца толстостенной трубной заготовки проявляется в повышении производительности за счет выполнения нагрева и обжима концевого участка трубной заготовки последовательно с пошаговой подачей трубной заготовки в индуктор и затем в матрицу и в расширении технологических возможностей обжима за счет совмещения удаления трубной заготовки из матрицы с калиброванием ее обжатого конца путем формообразующего дорнования внутреннего диаметра и прямого выдавливания наружного диаметра. Для лучшего понимания изобретения его поясняют фигурами фиг. 1 - стан для обжима конца толстостенной трубной заготовки сверху - положение трубной заготовки в момент нагрева конца трубы, снизу - положение трубной заготовки в момент окончания обжима конца трубы фиг. 2 - стан для обжима конца толстостенной трубной заготовки в момент одновременного удаления трубной заготовки из матрицы и калибрования внутреннего диаметра обжатого конца формообразующим дорнованием и наружного диаметра прямым выдавливанием фиг. 3 - стан для обжима конца толстостенной трубной заготовки в момент окончательного удаления трубной заготовки с обжатым концом из матрицы. Стан для обжима конца толстостенной трубной заготовки (фиг. 1) содержит технологический блок 1, в котором соосно установлены индуктор 2 и матрица 3 с опорной втулкой 4 устройство 5 для проталкивания трубной заготовки 6 устройство 7 для калибрования внутреннего диаметра обжатой трубной заготовки 8 и устройство 9 для удаления обжатой трубной заготовки 8 из матрицы 3. Устройство 5 для проталкивания трубной заготовки 6 включает силовой цилиндр 10,на штоке 11 которого установлена ступенчатая насадка 12 для центрирования положения трубы при ее подаче в индуктор 2 и при последующем проталкивании в матрицу 3. Устройство 7 для калибрования внутреннего диаметра обжатой трубной заготовки 8 включает силовой цилиндр 13, на штоке 14 которого закреплен дорн 15. Устройство 9 для удаления обжатой трубной заготовки 8 из матрицы 3 включает силовой цилиндр 16, шток 17 которого жестко связан со станиной стана. Силовой цилиндр 16 устройства 9 для удаления обжатой трубной заготовки жестко состыкован на одной оси с силовым цилиндром 13 устройства 7 для калибрования внутреннего диаметра обжатого конца. Выталкиватель 18 устройства 9 для удаления выполнен в виде ступенчатого кольца, закрепленного на передней крышке силового цилиндра 13 устройства 7 для калибрования, и установлен в опорной втулке 4 кольцевой матрицы 3 по скользящей посадке. Устройства 5, 7 и 9 установлены соосно с индуктором 2 и матрицей 3 технологического блока 1. В исходном положении стана (фиг. 1, сверху) шток 11 с насадкой 12 силового цилиндра 10 устройства 5 для проталкивания трубной заготовки 6 и шток 14 с дорном 15 устройства 7 для калибрования внутреннего диаметра обжатой трубной заготовки находятся в своих крайних правых положениях, а выталкиватель 18 устройства 9 для удаления обжатой трубной заготовки находится в крайнем левом положении. Стан для обжима конца толстостенной трубной заготовки работает следующим образом. В исходном положении стана (фиг. 1, сверху), когда шток 11 с насадкой 12 силового цилиндра 10 устройства 5 для проталкивания находится в крайнем правом положении (на 3 106762015.06.30 фигуре показано пунктирной линией) производят загрузку трубной заготовки 6 на приемный рольганг 19 стана для обжима. Включают индукционный нагреватель и стан. Насадкой 12 устройства 5 для проталкивания воздействуют на трубную заготовку 6,осуществляя ее пошаговую подачу в индуктор 2, где нагревают конец трубной заготовки до заданной температуры. После нагрева конца трубной заготовки в индукторе 2 индуктор отключают, а заготовку проталкивают устройством 5 для проталкивания дальше в матрицу 3 (фиг. 1, снизу) и обжимают конец трубной заготовки до заданных значений длины и наружного диаметра. Обжим конца трубной заготовки 8 сопровождается утолщением стенки конца с 0 до 1. После завершения обжима шток 11 с насадкой 12 силового цилиндра 10 отводят в исходное положение (фиг. 2), дорн 15 перемещают в направлении калибрования, а выталкиватель 18 перемещают в направлении удаления обжатого конца трубной заготовки 8 из матрицы 3. К моменту начала удаления трубной заготовки 8 из матрицы 3 и калибрования внутреннего и наружного диаметров обжатого конца выталкиватель 18 входит в контакт с обжатым концом трубной заготовки 8 (выбирается зазор А между близлежащими торцами выталкивателя 18 и заготовки 8), а дорн 15 образует очаг деформации с утолщенной стенкой внутреннего диаметра в зоне калибрующего пояска А матрицы 3. В дальнейшем удаление трубной заготовки 8 из матрицы 3 совмещают с калиброванием внутреннего и наружного диаметров обжатого конца. Внутренний диаметр обжатого конца трубной заготовки 8 калибруют путем его формообразующего дорнования в направлении проталкивания с очагом деформации в зоне калибрующего пояска А матрицы 3, а наружный диаметр при этом калибруют путем прямого выдавливания через матрицу 3 и дорн 15 в направлении, противоположном проталкиванию (в направлении выталкивания). На завершающей стадии обжима (фиг. 3) трубную заготовку 8 с обжатым концом удаляют из матрицы 3 и снимают с рольганга 19. Дорн 15 устройства 7 для калибрования внутреннего диаметра обжатой трубной заготовки и выталкиватель 18 устройства 9 для удаления обжатой трубной заготовки возвращают в исходное положение. Проводили сравнительные испытания известного и заявленного способов обжима конца толстостенной трубной заготовки на примере изготовления поковки цапфы ПРТ 10.03.807 несущей оси сельскохозяйственной техники из трубной заготовки 12118 мм, длиной 570 мм, сталь 40 Х. Обжатый конец трубной заготовки диаметром 87 мм и длиной 170 мм с учетом переходного конусного участка с углом 30 - 220 мм. Обжим конца трубной заготовки по известному и предлагаемому способам осуществляли в два перехода с нагревом конца трубной заготовки до 750 С. Первый переход - обжим с диаметра 121 мм на 101 мм, второй переход - с диаметра 101 мм на 87 мм. По известному способу обжима нагрев осуществляли в индукционном нагревателе для нагрева концов трубных заготовок и затем осуществляли обжим нагретого конца заготовки путем проталкивания в матрицу. Замеры внутренних диаметров обжатых концов показали утолщение стенок концов трубных заготовок за счет уменьшения внутренних диаметров на первом переходе на 1,7 мм (внутренний диаметр уменьшился до 61,6 мм),на втором переходе на 1,4 мм (внутренний диаметр уменьшился до 48,2 мм). По предлагаемому способу нагрев и обжим концевого участка трубной заготовки в каждом переходе осуществляли последовательно с пошаговой подачей трубной заготовки в начале в индуктор и затем после нагрева конца трубной заготовки до требуемой температуры проталкивали трубную заготовку в матрицу. На первом переходе осуществляли обжим конца трубной заготовки на диаметр 101 мм(степень деформации при редуцировании 0,17) с последующим калиброванием внутреннего и наружного диаметров обжатого конца путем формообразующего дорнования внутреннего диаметра с относительным натягом 5,5 и прямого выдавливания через матрицу и дорн наружного диаметра. 4 106762015.06.30 Совмещенное с удалением трубной заготовки из матрицы калибрование внутреннего и наружного диаметров обжатого конца позволило сохранить исходную толщину стенки обжатого конца трубной заготовки 18 мм и получить экономию металла за счет удлинения обжатого конца заготовки на 6,7 . На втором переходе обжимали конец трубной заготовки с диаметр 101 мм на требуемый диаметр 87 мм (степень деформации 0,17). Формообразующее дорнование внутреннего диаметра осуществляли с относительным натягом 5,8 , что позволило сохранить исходную толщину стенки 18 мм и получить экономию металла за счет удлинения обжатого конца заготовки на 5,3 . Как следует из сопоставительного анализа известного и заявленного способов, обжим конца толстостенной трубной заготовки по новой технологии, при которой нагрев и обжим концевого участка трубной заготовки осуществляют последовательно с пошаговой подачей трубной заготовки в оптимальных температурносиловых режимах, повышает производительность процесса. Калибрование обжатого конца по внутреннему и наружному диаметрам, совмещенное с удалением трубной заготовки из матрицы, расширяет технологические возможности за счет повышения качества обработки и экономии металла. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5