RU2111810C1 - Method of making builtup products with lengthwise laminarity - Google Patents

Abstract

FIELD: plastic metal working, particularly processes for making builtup-thickness blanks for manufacturing tubes with clad working surfaces. SUBSTANCE: method for making builtup products with lengthwise laminarity includes steps of arranging one hollow blank inside another with use of inner blank made of less strength material than outer one; assembling blanks and fixing them one relative to another; heating builtup blank; placing it onto needle for further extruding through cone die due to placing said blank in container and applying axial compression effort to its ends. Novelty is arranging one of said blank only along a part of length of other blank, applying axial compression effort to end of blank of less strength material for forming thickened portion turned towards contacting surface; axially moving blank of less strength material in conditions of active friction; displacing said thickened portion relative to joined surface of blank of less strength material. EFFECT: enhanced efficiency. 6 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а более точно к способам изготовления составных по толщине заготовок с продольной слоистостью для получения труб с плакированной рабочей поверхностью. The invention relates to the processing of metals by pressure, and more specifically to methods of manufacturing a composite workpiece with a thickness of longitudinal layering to obtain pipes with a clad working surface.

Известен способ прессования составных по толщине заготовок, полученных кристаллизацией плакирующего металла относительно боковой поверхности втулки из плакируемого металла в процессе полунепрерывного литья, при котором заготовку нагревают, размещают на игле, устанавливают в контейнер и прикладывают к ее торцу осевое сжимающее усилие [1]. A known method of pressing composite in thickness of the preforms obtained by crystallization of the clad metal relative to the side surface of the sleeve of the clad metal in a semi-continuous casting process in which the preform is heated, placed on a needle, installed in a container and applied axial compressive force to its end [1].

К недостаткам известного способа следует отнести:
высокую трудоемкость получения составных заготовок литьем;
определенную непредсказуемость процесса образования соединения в паре: твердая фаза - жидкая фаза, что в конечном итоге отражается на механических свойствах изделий.The disadvantages of this method include:
the high complexity of obtaining composite billets by casting;
a certain unpredictability of the process of formation of compounds in pairs: solid phase - liquid phase, which ultimately affects the mechanical properties of the products.

Известен также способ изготовления составных изделий с продольной слоистостью, включающий размещение одну в другой двух пустотелых заготовок, внутренняя из которых выполнена из менее прочного материала, при котором заготовки собирают и фиксируют относительно друг друга, осуществляют нагрев составной заготовки, ее установку на иглу с последующим прессованием через коническую матрицу путем размещения в контейнере и приложения осевого сжимающего усилия к торцу составной заготовки [2]. There is also a known method of manufacturing composite products with longitudinal layering, including placing one into the other two hollow billets, the inner of which is made of less durable material, in which the billets are assembled and fixed relative to each other, the composite billet is heated, it is mounted on a needle, followed by pressing through a conical matrix by placing in the container and applying axial compressive force to the end face of the composite workpiece [2].

Главным недостатком известного способа является возможная несвариваемость обрабатываемых материалов в процессе прессования изделия, так как в процессе сборки составных заготовок не предусматриваются технологические мероприятия, обеспечивающие разрушение окисных пленок на поверхности раздела заготовок, формирование ювенильных (чистых) поверхностей путем сдвиговых деформаций и т.д. The main disadvantage of this method is the possible weldability of the processed materials during the pressing of the product, since in the process of assembling composite preforms, technological measures are not provided that ensure the destruction of oxide films on the interface of the preforms, the formation of juvenile (clean) surfaces by shear deformations, etc.

Задачей изобретения является разработка такого способа изготовления составных заготовок, который гарантировал бы сварку обрабатываемых материалов, что обуславливало бы требуемое качество плакированных труб (минимальную разнотолщинность плакирующего слоя, повышенные коррозионные и иные свойства рабочей поверхности и т.д.). The objective of the invention is to develop such a method of manufacturing composite billets, which would guarantee welding of the processed materials, which would determine the required quality of the clad pipes (minimum thickness of the cladding layer, increased corrosion and other properties of the working surface, etc.).

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления составных изделий с продольной слоистостью, включающем размещение одну в другой двух пустотелых заготовок, внутренняя из которых выполнена из менее прочного материала, при котором заготовки собирают и фиксируют относительно друг друга, осуществляют нагрев составной заготовки, ее установку на иглу с последующим прессованием через коническую матрицу путем размещения в контейнере и приложения осевого сжимающего усилия к торцу составной заготовки, согласно изобретению при сборке составной заготовки одну из заготовок размещают в пределах части длины другой заготовки, прикладывают осевое сжимающее усилие к торцу заготовки из менее прочного материала с формированием утолщения, обращенного в сторону контактной поверхности, после чего, перемещая заготовку из более прочного материала в осевом направлении в условиях активного трения, производят перемещение утолщения относительно сопрягаемой поверхности заготовки из менее прочного материала. The technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing composite products with longitudinal layering, including placing one in the other two hollow billets, the inner of which is made of less durable material, in which the billets are assembled and fixed relative to each other, the composite billet is heated, its installation on the needle, followed by pressing through a conical matrix by placing in the container and applying axial compressive force to the end face of the composite preform, according to the invention, and assembling a composite workpiece, one of the workpieces is placed within part of the length of the other workpiece, an axial compressive force is applied to the end face of the workpiece made of a less durable material with the formation of a thickening facing the contact surface, after which, moving the workpiece from a more durable material in the axial direction in the conditions active friction, produce movement of the thickening relative to the mating surface of the workpiece from a less durable material.

Осуществление предлагаемого способа изготовления составных изделий с продольной слоистостью позволяет обеспечить требуемое качество плакированных труб и в первую очередь высококачественную сварку плакирующего материалов. Implementation of the proposed method for the manufacture of composite products with longitudinal layering allows to provide the required quality of clad pipes and, first of all, high-quality welding of clad materials.

Это объясняется тем, что реализуется схема передачи внешнего усилия на этапе фиксирования заготовок относительно друг друга, при которой в условиях активного трения интенсифицируется пластическое течение в тонких приповерхностных слоях собираемых заготовок, улучшаются условия разрушения и выноса за пределы контакта окисных пленок. Пластическая деформация обрабатываемых материалов при этом обеспечивает облегченные условия активации, когда в соединение вступают не их окислы, а непосредственно поверхности чистых материалов. This is explained by the fact that the external force transfer scheme is implemented at the stage of fixing the blanks relative to each other, in which the plastic flow in thin surface layers of the assembled blanks intensifies under conditions of active friction, and the conditions for the destruction and removal of oxide films beyond the contact limits are improved. In this case, plastic deformation of the processed materials provides facilitated activation conditions when not their oxides enter the compound, but directly the surfaces of pure materials.

На фиг. 1 показано исходное положение собираемых заготовок и технологической оснастки перед формированием утолщения; на фиг. 2 - окончание стадии формирования утолщений на заготовке из плакирующего материала; на фиг. 3 - исходное положение заготовок в штамповой оснастки перед перемещением заготовки из более прочного материала; на фиг. 4 - окончание стадии отделения утолщения от заготовки из менее прочного материала; на фиг. 5 - стадия перемещения утолщения относительно сопрягаемой поверхности заготовки из менее прочного материала; на фиг. 6 - составное изделие. In FIG. 1 shows the initial position of the harvested workpieces and tooling before forming a thickening; in FIG. 2 - end of the stage of formation of thickenings on the workpiece from cladding material; in FIG. 3 - the initial position of the workpieces in the die tooling before moving the workpiece from a more durable material; in FIG. 4 - end of the stage of separation of the thickening from the workpiece from a less durable material; in FIG. 5 - stage of moving the thickening relative to the mating surface of the workpiece from a less durable material; in FIG. 6 is a composite product.

Вариант осуществления предлагаемого способа изготовления составных изделий состоит в следующем. An embodiment of the proposed method for manufacturing composite products is as follows.

Обойму 1 с центральным отверстием диаметром d_о, имеющую на рабочем торце кольцевое углубление диаметром d и глубиной h, устанавливают на плиту 2. В отверстие обоймы 1 с минимальным зазором устанавливают заготовку 3 из менее прочного материала, например алюминия марки АДО. При этом свободный торец заготовки 3 располагают от рабочего торца обоймы 1, содержащего кольцевое углубление, на расстоянии l. На выступающей части заготовки 3 с опиранием на рабочий торец обоймы 1 размещают пустотелую заготовку 4 из более прочного материала, например алюминиевого сплава марки Д16. Зазор между заготовками 3 и 4 в пределах длины l выполняют минимальным. Далее в отверстие заготовки 3 устанавливают минимальным зазором стержень 5, имеющий длину, превышающую длину заготовки 3. В зазоре между заготовкой 4 и стержнем 5 размещают втулочный пуансон 6 с опиранием на свободную торцевую поверхность заготовки 3 (фиг. 1).A holder 1 with a central hole with a diameter of d _about , having an annular recess with a diameter of d and a depth of h on the working end, is installed on the plate 2. A blank 3 of a less durable material, for example, ADO grade aluminum, is installed in the hole of the holder 1 with a minimum clearance. In this case, the free end face of the workpiece 3 is located from the working end of the holder 1 containing an annular recess at a distance l. On the protruding part of the workpiece 3, based on the working end of the holder 1, a hollow workpiece 4 of a more durable material, for example, an aluminum alloy of the brand D16, is placed. The gap between the workpieces 3 and 4 within the length l is minimized. Next, a rod 5 having a length exceeding the length of the workpiece 3 is installed in the opening of the workpiece 3 with a minimum gap. In the gap between the workpiece 4 and the rod 5, a sleeve punch 6 is placed with reference to the free end surface of the workpiece 3 (Fig. 1).

Перед сборкой составного изделия контактирующие поверхности заготовок 3 и 4 проходят стандартную подготовку, способствующую удалению жировых пятен, грязи и т.д. Before assembling the composite product, the contacting surfaces of the workpieces 3 and 4 undergo standard preparation, which helps to remove grease stains, dirt, etc.

При воздействии усилием p на втулочный пуансон 6 вызывают его перемещение в направлении обоймы 1. Создаваемые в заготовке 3 под торцем пуансона 6 осевые сжимающие напряжения вызывают пластическое течение (поверхность сдвига показана пунктиром) обрабатываемого материала в свободный объем кольцевого углубления обоймы 1, тем самым формируя утолщение, обращенное в сторону контактной поверхности заготовок 3 и 4. на конечной стадии процесса формирования утолщения имеет место раздача заготовки 4 на длине l₁, возникающее нормальное давление p обуславливает и появление сил трения P_тр (фиг. 2).When the force p acts on the sleeve punch 6, it moves in the direction of the cage 1. The axial compressive stresses created in the workpiece 3 under the end of the punch 6 cause plastic flow (the shear surface is indicated by a dotted line) of the processed material into the free volume of the annular cavity of the cage 1, thereby forming a thickening facing the contact surface of the workpieces 3 and 4. at the final stage of the process of forming a thickening there is a distribution of the workpiece 4 at a length l ₁ , the normal pressure p arising catches and the appearance of friction forces P _Tr (Fig. 2).

Отметим, что форма утолщения может быть самой разнообразной: кольцевой, винтовой, наклонной к вертикальной оси и т.д. Note that the shape of the thickening can be very diverse: annular, helical, inclined to the vertical axis, etc.

Стадии формирования утолщения предшествует стадия заполнения зазора между заготовками 3 и 4, заготовкой 3 и обоймой 1. The stage of thickening formation is preceded by the stage of filling the gap between the blanks 3 and 4, the blank 3 and the clip 1.

Далее плиту 2 заменяют на стержень 7 с внешним диаметром, выполненным по посадке движения по отношению к внутреннему диаметру обоймы 1. После этого прикладывают осевое усилие P₁ к заготовке 4 (фиг. 3).Next, the plate 2 is replaced by a rod 7 with an outer diameter made by landing movement with respect to the inner diameter of the casing 1. After this, an axial force P _{1 is} applied to the workpiece 4 (Fig. 3).

Движение заготовки 4 относительно заготовки 3 на первом этапе приводит к отделению утолщения от заготовки 3 с последующим его перемещением относительно сопрягаемой поверхности заготовки 3 с заготовкой 4. При этом силы трения, возникающие между заготовками 3 и 4 по поверхности их контакта, направлены в сторону заготовки 4. Другими словами, размещение заготовки 3 в заготовке 4 происходит в условиях активных сил трения. Последнее, способствуя разрушению окисных пленок и их выносу с поверхности контакта между заготовками 3 и 4, обеспечивает удаление воздуха из ее микрообъемов и формирует условия для образования металлических связей (фиг. 4, 5). The movement of the workpiece 4 relative to the workpiece 3 at the first stage leads to the separation of the thickening from the workpiece 3 with its subsequent movement relative to the mating surface of the workpiece 3 with the workpiece 4. In this case, the friction forces arising between the workpieces 3 and 4 along the contact surface are directed towards the workpiece 4 In other words, the placement of the workpiece 3 in the workpiece 4 occurs under conditions of active friction forces. The latter, contributing to the destruction of oxide films and their removal from the contact surface between the workpieces 3 and 4, ensures the removal of air from its microvolumes and creates conditions for the formation of metal bonds (Fig. 4, 5).

Изготовленное составное изделие (фиг. 6) имеет на одном из торцов уступ глубиной L и результирующее поле радиальных давлений P на контактной поверхности (с учетом разгрузки заготовок). The manufactured composite product (Fig. 6) has a ledge of depth L at one of the ends and a resulting field of radial pressures P on the contact surface (taking into account the unloading of the workpieces).

Далее производится нагрев составного изделия и его прессование, причем изделие устанавливают на иглу, обращая уступ в сторону матрицы. Next, the composite product is heated and pressed, and the product is mounted on the needle, facing the ledge in the direction of the matrix.

Опытно-промышленная проверка разработанного способа проводилась при прессовании плакированных технически чистым алюминием марки АДО труб из алюминиевого сплава Д16. Заготовки имели следующие геометрические размеры, мм:
Из сплава Д16
Внешний диаметр - 165
Внутренний диаметр - 65,5
Длина - 120
Из алюминия марки АДО
Внешний диаметр - 65,0
Внутренний диаметр - 55,0
Длина - 100,0
Сборку проводили на гидравлическом вертикальном прессе модели ПСУ-250. Формирование утолщения выполняли путем приложения осевого усилия в диапазоне 0,3 - 0,4 Мн. Осевое перемещение заготовки из плакируемого материала осуществляли с усилием 0,8 - 0,85 Мн.A pilot test of the developed method was carried out by pressing pipes made of D16 aluminum alloy clad with technically pure aluminum of the ADO brand. The blanks had the following geometric dimensions, mm:
Alloy D16
Outside Diameter - 165
Inner Diameter - 65.5
Length - 120
From aluminum of the ADO brand
Outer Diameter 65.0
Inner Diameter 55.0
Length - 100.0
The assembly was carried out on a hydraulic vertical press model PSU-250. The thickening was formed by applying axial force in the range of 0.3 - 0.4 Mn. The axial movement of the workpiece from clad material was carried out with a force of 0.8 - 0.85 Mn.

Нагрев изделий выполняли в индукционной печи до температуры 380^oC.The products were heated in an induction furnace to a temperature of 380 ^o C.

Горячее прессование осуществляли прямым методом с подвижной иглой через коническую матрицу (угол конусности 150^oC) с диаметром отверстия, равным 56,0 мм, на горизонтальном гидравлическом прессе, развивающим максимальное усилие в 16 Мн. Диаметр иглы составлял 48,0 мм.Hot pressing was carried out by the direct method with a moving needle through a conical matrix (taper angle of 150 ^° C) with a hole diameter of 56.0 mm on a horizontal hydraulic press, developing a maximum force of 16 Mn. The diameter of the needle was 48.0 mm.

Отпрессовано более 25,0 м плакированных труб с поперечным сечением 58,0 • 4,0 мм. More than 25.0 m of clad pipes with a cross section of 58.0 • 4.0 mm were pressed.

Проведенная оценка качества сварки плакирующего и плакируемого материалов подтвердила его соответствие техническим требованиям производства. The assessment of the quality of welding of clad and clad materials confirmed its compliance with the technical requirements of production.

Изобретение может быть использовано при получении нефтепроводных, нефтепромысловых труб, труб для угольной и пищевой промышленности и т.д. The invention can be used to obtain oil pipelines, oilfield pipes, pipes for the coal and food industries, etc.

Claims (1)

Способ изготовления составных изделий с продольной слоистостью, включающий размещение одну в другой двух пустотелых заготовок, внутренняя из которых выполнена из менее прочного материала, при котором заготовки собирают и фиксируют друг относительно друга, осуществляют нагрев составной заготовки, ее установку на иглу с последующим прессованием через коническую матрицу путем размещения в контейнере и приложения осевого сжимающего усилия к торцу составной заготовки, отличающийся тем, что при сборке составной заготовки одну из заготовок размещают в передней части длины заготовки, прикладывают осевое сжимающее усилие к торцу заготовки из менее прочного материала с формированием утолщения, обращенного в сторону контактной поверхности, после чего, перемещая заготовку из более прочного материала в осевом направлении в условиях активного трения, производят перемещение утолщения относительно сопрягаемой поверхности заготовки из менее прочного материала. A method of manufacturing composite products with longitudinal layering, including placing one into the other two hollow billets, the inner of which is made of less durable material, in which the billets are assembled and fixed relative to each other, the composite billet is heated, it is mounted on a needle and then pressed through a conical the matrix by placing in the container and applying axial compressive force to the end face of the composite workpiece, characterized in that when assembling the composite workpiece one of the workpiece placed in front of the length of the workpiece, apply axial compressive force to the end face of the workpiece from a less durable material with the formation of a thickening facing the contact surface, after which, moving the workpiece from a stronger material in the axial direction under conditions of active friction, the thickening is moved relative to the mating workpiece surfaces made of less durable material.

Images