RU2071891C1 - Method of cladding inner cylindrical surface of blank - Google Patents

Abstract

FIELD: plastic metal working, namely, cladding inner cylindrical surface of blanks for all branches of national economy where clad articles are used. SUBSTANCE: sleeve of cladding material is formed by successively setting separate rings in opening of blank with normalized gap. Fixation of each ring is performed by axially compressing it at conditions of initial flowing of material towards blank, pressing out part of its volume towards blank and subsequently pressing out part of its volume in direction opposite to direction of above-mentioned axial compression. EFFECT: enhanced efficiency. 7 dwg

Description

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам плакирования внутренней цилиндрической поверхности заготовки. The invention relates to the field of metal forming, in particular to methods for cladding the inner cylindrical surface of a workpiece.

Известны эксплуатационные преимущества плакированных изделий, например нефтепромысловых туб с внутренней плакировкой. The operational advantages of clad products, for example oilfield tubes with internal cladding, are known.

Рациональной технологией здесь является технология плакирования заготовок (слитков) с последующим их прессованием. Вместе с тем весьма важным требованием, предъявляемым к технологическому процессу плакирования, является требование по обеспечению условий (степень деформации плакирующего материала, величина радиального давления, наличие сдвиговых деформаций на контактной поверхности плакирующий материал заготовка и т.д.) для образования металлических связей, что, в конечном итоге, определяет качество приварки плакирующего материала к материалу заготовки и равномерность толщины плакировки в отпрессованных трубах. The rational technology here is the technology of cladding blanks (ingots) with their subsequent pressing. At the same time, a very important requirement for the cladding process is the requirement to ensure conditions (the degree of deformation of the cladding material, the magnitude of the radial pressure, the presence of shear deformations on the contact surface of the cladding material, the workpiece, etc.) for the formation of metal bonds, which ultimately, it determines the quality of welding the cladding material to the workpiece material and the uniformity of the thickness of the cladding in the pressed pipes.

Известен способ плакирования внутренней поверхности заготовки, при котором в ее коническую полость в пределах части длины устанавливают втулку из плакирующего материала с конической внешней поверхностью, прикладывая осевое усилие к плакирующей втулке, обеспечивают ее осевое перемещение и формирование радиального давления на конической поверхности втулка заготовка (см. М.И.Чепурко. Биметаллические трубы. М. Металлургия, 1974, 224 с.). There is a method of cladding the inner surface of a workpiece, in which a sleeve of a cladding material with a conical external surface is installed in its conical cavity within a part of the length, applying axial force to the cladding sleeve, provides its axial movement and the formation of radial pressure on the conical surface of the workpiece sleeve (see M.I. Chepurko. Bimetal pipes. M. Metallurgy, 1974, 224 pp.).

Известный способ имеет главные недостатки:
относительно небольшие величины радиального давления, что определяется углом конусности на контактной поверхности втулка заготовка,
неравномерность толщины стенки плакирующей втулки, что вызывает неравномерность толщины плакировки на отпрессованном изделии,
повышенную трудоемкость изготовления заготовки плакирующей втулки с соответствующими коническими поверхностями,
возможность потери устойчивости плакирующей втулки с образованием утолщения, что приводит к браку.The known method has the main disadvantages:
relatively small values of radial pressure, which is determined by the angle of taper on the contact surface of the sleeve billet,
uneven wall thickness of the cladding sleeve, which causes uneven thickness of the cladding on the molded product,
the increased complexity of manufacturing a cladding billet blank with corresponding conical surfaces,
the possibility of loss of stability of the clad sleeve with the formation of thickening, which leads to marriage.

Известен также способ плакирования внутренней цилиндрической поверхности заготовки, при котором в отверстие заготовки устанавливают сердечник из плакирующего материала, производят его фиксирование на поверхности заготовки путем приложения осевого давления (сжатия) к сердечнику (см. авт.св. N 1044375, кл. B 23K 20/00 от 05.04.83, опубл. 07.04.87). There is also a method of cladding the inner cylindrical surface of a workpiece, in which a core of cladding material is installed in the opening of the workpiece, it is fixed on the surface of the workpiece by applying axial pressure (compression) to the core (see ed. St. N 1044375, class B 23K 20 / 00 dated 04/05/83, publ. 04/07/87).

Недостатками известного способа плакирования являются
весьма малые степени деформации сердечника из плакирующего материала, что не обеспечивает надежного разрушения окисных поверхностных пленок,
низкий уровень радиальных давлений, затрудняющий образование металлических связей в пределах всей контактной поверхности заготовка - сердечник.The disadvantages of this method of cladding are
very small degrees of deformation of the core of the cladding material, which does not provide reliable destruction of oxide surface films,
low level of radial pressures, which impedes the formation of metal bonds within the entire contact surface of the workpiece - core.

В основу настоящего изобретения положена задача по созданию способа плакирования внутренней цилиндрической поверхности заготовки, который отвечал бы требованиям производства при получении прессованных изделий. The basis of the present invention is the creation of a method for cladding the inner cylindrical surface of the workpiece, which would meet the production requirements upon receipt of the pressed products.

Эта задача решается тем, что по способу плакирования внутренней цилиндрической поверхности заготовки, по которому в отверстие заготовки устанавливают втулку из плакирующего материала, производят ее фиксирование на поверхности заготовки путем приложения радиального давления к внутренней поверхности втулки, согласно изобретению втулку из плакирующего материала образуют последовательным набором отдельными кольцами, устанавливаемыми в отверстия заготовки с регламентируемым зазором, причем фиксирование каждого кольца осуществляет осевым его сжатием в условиях первоначального течения материала в направлении заготовки и последующего выдавливания части его объема в направлении, противоположном направлению осевого сжатия. This problem is solved in that according to the method of cladding the inner cylindrical surface of the workpiece, by which a sleeve of cladding material is installed in the opening of the workpiece, it is fixed on the surface of the workpiece by applying radial pressure to the inner surface of the sleeve, according to the invention, the sleeve of cladding material is formed into a sequential set of separate rings installed in the holes of the workpiece with a regulated gap, and the fixation of each ring carries about evym its compression under conditions of the initial flow of material toward the workpiece and subsequent extrusion part of its volume in a direction opposite to the direction of axial compression.

В процессе патентно-технического поиска заявителем не были обнаружены технические решения, имеющие сходные отличительные признаки. During the patent-technical search, the applicant did not find technical solutions that have similar distinctive features.

Осуществление предлагаемого способа плакирования внутренней цилиндрической поверхности заготовки позволяет обеспечить требуемое качество отпрессованных изделий. Это объясняется тем, что в новом техническом решении реализуются следующие технологические возможности по управлению величиной степени деформации при раздаче втулки из плакирующего материала, обеспечению заданного уровня радиальных давлений, что гарантирует образование металлических связей на контактной поверхности заготовка плакирующая втулка, обеспечению требуемой толщины стенки плакирующей втулки. Implementation of the proposed method for cladding the inner cylindrical surface of the workpiece allows you to provide the required quality of the pressed products. This is due to the fact that the new technical solution implements the following technological capabilities for controlling the magnitude of the degree of deformation when distributing a sleeve of cladding material, ensuring a given level of radial pressure, which guarantees the formation of metal bonds on the contact surface of the blank of the cladding sleeve, and ensuring the required wall thickness of the cladding sleeve.

На фиг.1 показано исходное положение инструментальной оснастки, заготовки и первого кольца из плакирующего материала перед выполнением операции плакирования, на фиг.2 стадия осевого сжатия материала кольца с его течением в направлении заготовки и образованием точечного контакта (точка А), на фиг. 3 конечная стадия осевого сжатия материала кольца, на фиг.4 конечная стадия выдавливания части объема плакирующего кольца в направлении, противоположном осевому сжатию, на фиг. 5 исходное положение инструментальной оснастки и второго кольца из плакирующего материала перед выполнением операции плакирования, на фиг.6 конечная стадия плакирования последним плакирующим кольцом, на фиг.7 заготовка с фиксированным плакирующим материалом по ее торцам. Figure 1 shows the initial position of the tooling, workpiece and the first ring of cladding material before performing the cladding operation, figure 2 the stage of axial compression of the material of the ring with its flow in the direction of the workpiece and the formation of point contact (point A), in Fig. 3 the final stage of axial compression of the ring material; FIG. 4 the final stage of extrusion of a part of the volume of the clad ring in the direction opposite to the axial compression; FIG. 5, the initial position of the tooling and the second ring of cladding material before performing the cladding operation, in Fig.6 the final stage of cladding with the last clad ring, in Fig.7 blank with a fixed cladding material at its ends.

Пустотелую заготовку 1, например, из алюминиевого сплава Д16 размещают на нижней обойме 2, имеющей осевое сквозное отверстие. В данное отверстие по посадке движения устанавливают цилиндрический стержень 3. На цилиндрическом стержне 3 с минимальным зазором размещают кольцо 4 из плакирующего материала, причем между внешним диаметром кольца 4 и внутренним диаметром заготовки 1 формируют регламентированный зазор Z. На цилиндрический стержень 3 по посадке движения устанавливают втулочный пуансон 5. После этого на верхнем торце заготовки 1 размещают обойму 6, имеющую центральное сквозное отверстие диаметpом, равным диаметру отверстия в заготовке 1 (фиг.1). A hollow billet 1, for example, of an aluminum alloy D16 is placed on the lower holder 2 having an axial through hole. A cylindrical rod 3 is installed in this opening for movement landing. A ring 4 of cladding material is placed on the cylindrical rod 3 with a minimum clearance, and a regulated clearance Z is formed between the outer diameter of the ring 4 and the inner diameter of the workpiece 1. A sleeve is installed on the cylindrical rod 3 for the movement landing punch 5. After that, a clip 6 having a central through hole with a diameter equal to the diameter of the hole in the blank 1 is placed on the upper end of the preform 1 (Fig. 1).

Лучший вариант осуществления способа плакирования внутренней цилиндрической поверхности состоит в следующем. The best variant of the method for cladding the inner cylindrical surface is as follows.

При воздействии осевым усилием P на торец втулочного пуансона 5 вызывают его перемещение в направлении обоймы 2. При этом имеет место течение материала плакирующего кольца 4 в направлении заготовки 1. Регламентируемый односторонний зазор Z, обеспечивающий требуемую степень деформации материала кольца 4 по высоте, уменьшается и в один из моментов формируется точечный контакт (точка А) между плакирующим кольцом 4 и заготовкой 1 (фиг.2). Дальнейшее перемещение втулочного пуансона 5 приводит к формированию поверхности контакта сдвиговой деформацией материала кольца 4 между последним и заготовкой 1 (фиг. 1). Процесс плакирования заготовки 1 заканчивается на стадии, когда путем выдавливания части объема материала кольца 4 в направлении, противоположном направлению осевого сжатия, формируется выступ толщиной, равной величине одностороннего зазора между заготовкой 1 и втулочным пуансоном 5, высотой, равной 3-4 мм (фиг.4). Следует подчеркнуть, что на завершающей стадии плакирования формировании выступа посредством операции выдавливания достигается заданная величина радиального давления P, определяемая по известной формуле:

где s_0,2 предел текучести материала кольца 4,
F площадь поперечного сечения отверстия в заготовке 1,
f площадь поперечного сечения втулочного пуансона 5,
ε степень деформации плакирующего материала на стадии его выдавливания при образовании выступа.When the axial force P acts on the end face of the sleeve punch 5, it moves in the direction of the casing 2. In this case, the material of the cladding ring 4 flows in the direction of the workpiece 1. The regulated unilateral clearance Z, which provides the required degree of deformation of the material of the ring 4 in height, decreases and one of the points a point contact is formed (point A) between the cladding ring 4 and the workpiece 1 (figure 2). Further movement of the sleeve punch 5 leads to the formation of a contact surface by shear deformation of the material of the ring 4 between the latter and the workpiece 1 (Fig. 1). The cladding process of the workpiece 1 ends at the stage when by extruding part of the volume of the material of the ring 4 in the opposite direction to the axial compression, a protrusion is formed with a thickness equal to the size of the one-sided gap between the workpiece 1 and the sleeve punch 5 with a height of 3-4 mm (Fig. 4). It should be emphasized that at the final stage of cladding the formation of the protrusion through the extrusion operation, a predetermined value of the radial pressure P is achieved, determined by the well-known formula:

where s _{0.2 the} yield strength of the material of the ring 4,
F the cross-sectional area of the holes in the workpiece 1,
f the cross-sectional area of the sleeve punch 5,
ε the degree of deformation of the cladding material at the stage of its extrusion during the formation of the protrusion.

Как показывает практика, образование металлической связи между материалом кольца 4 и материалом заготовки 1 имеет место при e ≥ 0,7. 0,7. As practice shows, the formation of a metal bond between the material of the ring 4 and the material of the workpiece 1 takes place at e ≥ 0.7. 0.7.

После этого операция плакирования продолжается путем установки на цилиндрический стержень 3 второго кольца (фиг.5). Процесс плакирования заканчивается после деформации последнего кольца (фиг.6). При этом втулка из плакирующего материала может быть со свободным торцом или с зафиксированными торцами материалом заготовки 1 (фиг.2). After this, the cladding operation continues by installing on the cylindrical rod 3 of the second ring (figure 5). The cladding process ends after deformation of the last ring (Fig.6). While the sleeve of the cladding material may be with a free end or with fixed ends of the material of the workpiece 1 (figure 2).

Технологическими параметрами, определяющими новый технологический процесс, являются степень деформации материала плакирования на этапе выдавливания, величина радиального давления P, создаваемого на поверхности контакта плакирующего материала и заготовки, геометрические размеры формируемого выступа из плакирующего материала. The technological parameters that determine the new technological process are the degree of deformation of the cladding material at the extrusion stage, the magnitude of the radial pressure P created on the contact surface of the cladding material and the workpiece, and the geometric dimensions of the protrusion formed from the cladding material.

Предлагаемый технологический процесс плакирования прошел опытно-промышленную проверку при плакировании заготовок из алюминиевого сплава Д16 плакирующим материалом из технически чистого алюминия АДО. The proposed cladding process was pilot tested when cladding blanks of aluminum alloy D16 cladding material from technically pure aluminum ADO.

Геометрические размеры заготовок и колец соответственно составляют: внешний диаметр 165 и 65,3 мм, внутренний диаметр 68,3 и 55 мм, длина - 100 и 15 мм. The geometric dimensions of the workpieces and rings, respectively, are: outer diameter 165 and 65.3 mm, inner diameter 68.3 and 55 mm, length 100 and 15 mm.

Технологическая оснастка изготавливалась из стали У8А по 7-му квалитету точности и имела твердость после закалки НRC 56-58 ед. Плакирование заготовок осуществлялось на гидравлическом прессе ПСУ-250 при деформирующих усилиях, не превышающих 1 Мн. На заключительной стадии выдавливания формировали выступ высотой 4 мм и толщиной 0,5 мм. The tooling was made of U8A steel according to the 7th accuracy class and had a hardness after quenching of HRC 56-58 units. Cladding of the blanks was carried out on a hydraulic press PSU-250 with deforming forces not exceeding 1 Mn. At the final extrusion stage, a protrusion of 4 mm high and 0.5 mm thick was formed.

Среднеинтегральная деформация материала кольца на стадии осевого сжатия составляла 25% на стадии выдавливания 91,5% Величина радиального давления в последнем случае составляла от 2,7 до 3,5 предела текучести алюминия АДО. The average integral deformation of the material of the ring at the stage of axial compression was 25% at the stage of extrusion of 91.5%. The radial pressure in the latter case was from 2.7 to 3.5 yield strength of aluminum ADO.

Плакированные заготовки подвергались горячему прессованию обратным методом с получением труб, имеющих размеры 38х4х4550 мм. Температура прессования 400^oС, вытяжка 48,4, скорость прессования 20 мм/с.The clad blanks were hot pressed by the reverse method to produce pipes having dimensions 38x4x44550 mm. The pressing temperature of 400 ^o With the hood 48.4, the pressing speed of 20 mm / s

Отпрессованные трубы подвергались металлографическому исследованию по качеству приварки АДО к поверхности заготовки из сплава Д16, а также равномерности нанесения плакирующего слоя. Было установлено, что имеет место качественная приварка АДО к поверхности заготовки, при этом равнотолщинность плакирующего слоя на одном погонном метре трубы составила 0,052 мм при общей толщине плакирующего слоя 0,375 мм. The pressed pipes were subjected to a metallographic study on the quality of the welding of ADO to the surface of a workpiece made of D16 alloy, as well as the uniformity of the deposition of a clad layer. It was found that there is a high-quality welding of ADO to the surface of the workpiece, while the equal thickness of the cladding layer on one linear meter of pipe was 0.052 mm with a total thickness of the cladding layer of 0.375 mm.

Исследованиями на межкристальную коррозию по ГОСТ 9.012-74 найдено, что сопротивление коррозии возросло с 6-ти баллов для неплакированной заготовки до 3-х баллов при наличии плакировки. Research on intercrystalline corrosion according to GOST 9.012-74 found that corrosion resistance increased from 6 points for an unplated billet to 3 points in the presence of cladding.

Изобретение применимо при выполнении технологического процесса плакирования заготовок (слитков), предназначенных к последующему прессованию, с целью получения пустотелых изделий с цилиндрической плакированной поверхностью. The invention is applicable to the process of cladding blanks (ingots) intended for subsequent pressing in order to obtain hollow products with a cylindrical clad surface.

Claims (1)

Способ плакирования внутренней цилиндрической поверхности заготовки, при котором в отверстие заготовки устанавливают с регламентируемым зазором сердечник из плакирующего материала, производят его фиксирование на поверхности заготовки усилием осевого сжатия до устранения зазора, отличающийся тем, что сердечник из плакирующего материала образуют из колец, последовательно устанавливаемых в отверстие заготовки, осевое сжатие до устранения зазора прикладывают последовательно к каждому кольцу, с последующим выдавливанием части его объема в направлении, противоположном направлению усилия осевого сжатия. The method of cladding the inner cylindrical surface of the workpiece, in which the core of the cladding material is installed in the hole of the workpiece with a controlled gap, it is fixed on the surface of the workpiece by axial compression until the gap is eliminated, characterized in that the core of the cladding material is formed of rings sequentially installed in the hole billets, axial compression to eliminate the gap is applied sequentially to each ring, followed by extrusion of part of its volume in the opposite direction to the axial compression force.

Images