CZ2016839A3 - A method of protecting the surface against formation of scales during hot forming with internal overpressure - Google Patents

Abstract

Způsob ochrany povrchu polotovaru proti tvorbě okují při tváření vnitřním přetlakem zatepla v nástroji, kdy se do vnitřního prostoru polotovaru a zároveň do prostoru mezi formou a polotovarem přivede dusík o přetlaku 0,2 až 0,4 MPa. Zároveň je odveden vzduch, který se nachází v prostoru polotovaru a v prostoru mezi formou a polotovarem.The method of protecting the surface of the blank against scaling during forming by internal overpressure in the tool, when nitrogen is introduced into the inner space of the blank and at the same time into the space between the mold and the blank. At the same time, the air which is located in the blank and in the space between the mold and the blank is discharged.

Description

Oblast technikyTechnical field

Vynálezem je způsob ochrany povrchu proti tvorbě okují při tváření vnitřním přetlakem zatepla.The invention is a method of protecting a surface against scale formation during hot forming.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Dutá tělesa mají značný potenciál pro využití v lehkých konstrukcích. Kromě dutých těles, kde je dutina nutnou funkční podmínkou, například potrubí, tlakové nádoby, kotle, výměníky nebo pružiny, vzrůstá počet aplikací, kde je dutina především prvkem úspory hmotnosti a i rotačního momentu setrvačnosti. Příkladem jsou duté rotující hřídele, které jsou podstatně lehčí než stejné hřídele z masivního materiálu.Hollow bodies have considerable potential for use in lightweight structures. In addition to hollow bodies where the cavity is a necessary functional condition, such as pipes, pressure vessels, boilers, heat exchangers or springs, the number of applications is increasing, where the cavity is primarily an element of weight savings and also of rotational moment of inertia. An example is hollow rotating shafts that are substantially lighter than the same solid material shafts.

Dutá tělesa vyráběná z ocelí je nutno nejprve zpracovat do požadovaného tvaru a poté, pro dosažení vynikajících vlastností, je nutno je tepelně zpracovat, aby dosáhly vysoké pevnosti a dostatečné houževnatosti. Tvar takového polotovaru může být vyroben různými způsoby, například obráběním, tvářením, svařováním. Nevýhodou dosavadního způsobu výroby dutých těles, resp. jejich polotovarů, je problematické, technicky a materiálově náročné, stejně jako finančně nákladné dosažení jejich tvaru a optimálních vlastností. Při konvenční kombinaci tváření, nebo i jiných metod s následným zpracováním,je potřeba více ohřevů a tím je vyšší celková energetická bilance výroby.Hollow bodies made of steels must first be processed to the desired shape and then, for excellent properties, they must be heat treated to achieve high strength and sufficient toughness. The shape of such a blank can be produced in various ways, for example by machining, forming, welding. A disadvantage of the prior art method of manufacturing hollow bodies, respectively. their semi-finished products is problematic, technically and materially demanding, as well as costly to achieve their shape and optimal properties. In the conventional combination of forming or other methods with subsequent processing, more heating is needed and thus the overall energy balance of production is higher.

Proto bylo v nedávné minulosti navrženo několik postupů, které iTherefore, several procedures have been proposed in the recent past, which i

* · » » ·* · »»

« · · a · · umožňují vyrobit dutá tělesa zatepla ve formě, přetlakem plynového média. Všechny dosavadní postupy využívají externího ohřevu polotovaru v podobě trubky buďto v peci, nebo v cívce indukčního ohřevu. Poté je trubka vložena do formy, forma je uzavřena a následuje tváření vnitřním přetlakem plynu. Nevýhodou je to, že pro manipulaci trubky ze zařízení pro ohřev je potřebný mezioperační čas, který vede k tomu, že teplota trubky poklesne a proto musí být před procesem ohřátá na vyšší teplotu, než je pro vlastní proces potřebné. To vyžaduje delší časy ohřevu a větší množství energie. Navíc dochází po čas vysoké teploty ohřevu k růstu austenitického zrna, což se projevuje negativně na tvorbě mikrostruktury a tím na výsledných mechanických vlastnostech. Takovéto způsoby výroby jsou popsány kupříkladu v dokumentech PV 2016-574 nebo 20Ť6-575 popisujícíM způsob výroby dutých nebo tvarovaných prostorových těles z polotovarů zatepla.And · enable to produce hollow bodies in a hot mold by overpressure of the gas medium. All the prior art processes utilize external heating of the blank in the form of a tube either in an oven or in an induction heating coil. Then, the tube is inserted into the mold, the mold is closed, followed by internal gas pressure forming. A disadvantage is that the handling time of the pipe from the heating device requires an in-process time, which leads to the pipe temperature dropping and must therefore be heated to a temperature higher than that required for the actual process. This requires longer heating times and more energy. Moreover, austenitic grain growth occurs over a period of high heating temperature, which has a negative effect on the formation of the microstructure and thus on the resulting mechanical properties. Such production methods are described, for example, in PV 2016-574 or 20-6-575 describing a method for producing hollow or shaped space bodies from hot blanks.

Nevýhodou těchto řešení je to, že pro manipulaci s polotovarem při vysoké teplotě je nutno zavést speciální opatření, aby nedocházelo k lokálnímu ochlazení trubky v důsledku kontaktu s manipulačním zařízením. S dobou manipulace na vzduchu při vysoké teplotě je spojeno povrchové okujení polotovaru. To musí být řešeno buď speciálními nátěry, nebo následným odstraněním okují. Navíc okuje způsobují zvýšené opotřebení nástroje a snižují přesnost a kvalitu produktu. Pro nanášení a opěíné odstraňování ochranných povrchů je potřeba speciální zařízení a proces vyžaduje dodatečný čas a energie. Navíc musí být okuje eventuelně zbytky ochranných povlaků _f ekologicky likvidovány.The disadvantage of these solutions is that special precautions must be taken for handling the workpiece at high temperature to avoid local cooling of the pipe due to contact with the handling device. Surface scaling of the workpiece is associated with the time of handling in air at high temperature. This must be done either with special coatings or with subsequent scale removal. In addition, scales cause increased tool wear and reduce product accuracy and quality. Special equipment is required for the deposition and re-removal of protective surfaces and the process requires additional time and energy. In addition, scales or protective coating residues _f must be disposed of in an environmentally friendly manner.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Podstatou vynálezu je způsob ochrany povrchu proti tvorbě okují u dutých těles při tváření vnitřním přetlakem s ohřevem v nástroji zatepla, » · • ♦ • « • · kdyvdo formy pro tváření vnitřním přetlakem plynu vložen studený polotovar v podobě dutého tělesa. Forma je uzavřena v dělící rovině. Na obou koncích je polotovar uzavřen kuželovými uzávěry, které zabezpečí tlakovou těsnost vnitřního prostoru trubky a zároveň přitlačí stěnu trubky k elektrodě, která se nachází na kuželové části uzávěru.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method for protecting a surface against scale formation in hollow bodies during internal pressurizing with heating in a hot tool, wherein a cold blank in the form of a hollow body is inserted into the internal pressurizing mold. The mold is closed in the dividing plane. At both ends, the blank is closed by conical closures, which ensure pressure tightness of the inner space of the tube and at the same time press the tube wall against the electrode, which is located on the conical part of the seal.

Přívodním kanálem pro tvářecí plyn je do dutiny polotovaru přiveden plyn, přičemž se druhý uzávěr trubky oddálí a štěrbinou mezi stěnou polotovaru a kuželovým uzávěrem dojde k vyfouknutí vzduchu. Tvářecím plynem může být dusík. Zároveň se však přivede tento plyn i do prostoru mezi vnější povrch polotovaru a stěny formy kanálkem zaústěným na jedné straně formy. Přetlakem plynu se vyfoukne vzduch přetlakovým ventilem na protější straně formy. Tento ventil zároveň slouží při tváření k odvedení tlaku vznikajícího v důsledku zmenšování objemu prostoru mezi stěnami polotovaru a formy. Poté se druhý kuželový uzávěr uzavře a elektrodami je přiveden proud do trubky, která je vlastním odporem materiálu trubky ohřátá na požadovanou teplotu tváření. Při dosažení požadované teploty je přiveden do vnitřního prostoru trubky tlak plynu, který způsobí plastickou deformaci materiálu, čímž se vnější stěna trubky dostane do kontaktu s vnitřní konturou formy. Tím vznikne finální tvar dutého tělesa.Gas is introduced into the cavity of the blank through the feed channel for the forming gas, the second tube closure being removed and the air is blown through the gap between the blank wall and the conical closure. The forming gas may be nitrogen. At the same time, however, this gas is also introduced into the space between the outer surface of the blank and the mold wall through a channel opening on one side of the mold. By gas overpressure air is blown out by a pressure relief valve on the opposite side of the mold. At the same time, this valve serves to dissipate the pressure resulting from the reduction of the volume of the space between the walls of the blank and the mold. Then, the second conical closure is closed and electrodes are fed into the tube, which is heated to the desired forming temperature by the inherent resistance of the tube material. When the desired temperature is reached, a gas pressure is applied to the inner space of the tube, which causes plastic deformation of the material, thereby bringing the outer wall of the tube into contact with the inner mold contour. This produces the final shape of the hollow body.

y uskutečnění Příklaa provedení vynálezuEmbodiments of the invention

Dutý výchozí polotovar je vyroben z materiálu 32MnB. V prvním Ý krokuj vložen za studená do formy. Forma se uzavře a do obou konců polotovaru jsou zalisovány kuželové uzávěry. Polotovar se plasticky deformuje, čímž se vytvoří hermetický uzávěr a navíc je materiál přitlačen k elektrodám, které zabezpečují přívod proudu pro odporový ohřev. Jedním přívodním kanálem pro tvářecí plyn do dutiny polotovaruThe hollow preform is made of 32MnB. In the first step, the cold is inserted into the mold. The mold is closed and conical closures are pressed into both ends of the blank. The blank deforms plastically to form a hermetic seal and, in addition, the material is pressed against the electrodes that provide a current supply for resistance heating. One feed channel for forming gas into the blank cavity

přiveden dusík s přetlakem)2 až4 barry. Zároveň se druhý uzávěr trubky \ X Úi7/),( na 5 vteřin oddálí a štěrbinou mezi stěnou polotovaru a kuželovým uzávěrem dojde k vyfouknutí vzduchu a v dutině zůstane dusík. Zároveň se přivede tento plyn pod stejným tlakem i do prostoru mezi vnější povrch polotovaru a stěny formy kanálkem ve formě zaústěným šikmo, tangenciálně na jedné straně formy. Přetlakem plynu se vyfoukne vzduch přetlakovým ventilem na protější straně formy. Přetlakový ventilnitrogen overpressure of 2 to 4 barry. At the same time, the second tube cap (Xi 17) is removed (for 5 seconds and the air is blown through the gap between the blank wall and the cone seal and nitrogen is left in the cavity). mold wall through a duct opening obliquely, tangentially on one side of the mold Gas overpressure blows air through a pressure relief valve on the opposite side of the mold.

Ifí /p je nastaven na přetlak 0,1 bafru. Neprodleně po té se druhý kuželový uzávěr opět přitlačí k polotovaru a do obou elektrod je přiveden proud.Ifi / p is set to an overpressure of 0.1 bar. Immediately thereafter, the second conical closure is again pressed against the blank and current is applied to both electrodes.

γγ

Odporem materiálu dojde k ohřátí trubky na přibližně 8707C a při této teplotě je do vnitřního prostoru polotovaru napuštěno plynové médium, které nezpůsobuje oxidaci, v podobě dusíku pod tlakem 90$ barrů. Vlivem tlaku dojde k expanzi polotovaru, tak, že dojde k vyplněním vnitřní kontury formy a tím k dosažní finálního tvaru. Poté je tvářecí nástroj otevřen, duté těleso vyjmuto z formy a dochlazeno na teplotu okolí.The resistance of the material heats the pipe to about 8707C and at this temperature, the non-oxidizing gas medium is impregnated into the interior of the blank in the form of nitrogen at a pressure of 90 bar. Due to the pressure, the workpiece will expand so that the inner contour of the mold is filled and the final shape is reached. Then, the forming tool is opened, the hollow body is removed from the mold and cooled to ambient temperature.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Vynález lze uplatnit při výrobě kovových součástí, zejména v těžkém strojírenství či v automobilovém průmyslu.The invention is applicable to the manufacture of metal parts, particularly in heavy engineering or the automotive industry.

Claims (1)

1. Způsob ochrany povrchu dutého polotovaru proti tvorbě okují při tváření vnitřním přetlakem zatepla v nástroji _f vyznačující se tím, že dutý polotovar, do jehož obou konců jsou zalisovány kuželové uzávěry, je vložen za studená do formy, načež je následně tvářen, jedním přívodním kanálem pro tvářecí plyn je do dutiny polotovaru přiveden dusík s přetlakemXŽ'' až zároveň se druhý uzávěr trubky oddálí a štěrbinou mezi stěnou polotovaru a kuželovým uzávěrem se vyfoukne vzduch a dusík se přivede pod stejným tlakem i do prostoru mezi vnější povrch polotovaru a stěny formy a vzduch se vyfoukne přetlakovým ventilem na protější straně formy, neprodleně poté je druhý kuželový uzávěr opět přitlačen k polotovaru a elektrodami se polotovar ohřeje na teplotu 870Í°C^ a při této teplotě je do vnitřního prostoru polotovaru ^z napuštěno plynové médium, v podobě dusíku, pod tlakem 9Q0~báru/poté / je tvářecí nástroj otevřen, duté těleso vyjmuto z formy a dochlazeno na teplotu okolí.Method for protecting the surface of a hollow blank against scale formation by internal hot press forming in a tool _f, characterized in that the hollow blank, into which both cone closures are pressed, is cold inserted into the mold and subsequently formed by one feed channel for forming gas, nitrogen is pressurized to the cavity of the blank with an overpressure of XŽ '' until the second tube cap is removed and air is blown through the gap between the blank wall and the cone seal and the nitrogen is introduced under equal pressure deflates pressure relief valve on the opposite side of the mold, immediately after the second conical closure again pressed against the workpiece and the electrode blank is heated to 870IM C ^ and at this temperature the interior of the blank ^of impregnated gas medium in the form of nitrogen under pressure 9Q0 ~ bar / after / is the face The hollow body is removed from the mold and cooled to ambient temperature.