RU2542865C2 - Production of coiled confuser-diffuser-kind parts - Google Patents

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to metal forming and can be used for production of complex-shape variable-cross-section solid pipes intended for, say, heat exchangers. Blank composed by long solid pipe is placed by grab on forging axis and locked by manipulator clamping head grip. Pipe free end is fed in forging unit unless manipulator head reaches extreme near position relative to the unit. Then pipe is reciprocated-and-rotated to be subjected to rotary reduction by flats. Flat working surface is shaped so that pipe diffuser part is, first, formed and, then, pipe confuser part. Rotary forging is performed at drawing cold conditions without on-the-fly part swapping of the pipe at 15-17 rpm. Pipe drawing speed makes 0.6-0.8 m/min, flat strike rate makes 800-810 imp/min, forging force makes 5000 kgf.

EFFECT: preset surface quality of outer and inner surfaces without extra machining.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к способам изготовления цельных труб сложной формы и переменного сечения, например для теплообменных аппаратов.The invention relates to methods for manufacturing integral pipes of complex shape and variable cross-section, for example for heat exchangers.

Известен способ изготовления труб, а также фасоных изделий с формой тел вращения методом центробежного литья (см. Г.П. Фетисов «Материаловедение и технология металлов». М.: Высшая школа, 2008, с.500-502). В литьевую форму заливают дозированное количество расплавленного металла и подвергают вращению со скоростью, обеспечивающей надлежащее качество отливок. Центробежное литье отличает высокая производительность, процесс при крупносерийном производстве может быть полностью автоматизирован.A known method of manufacturing pipes, as well as shaped products with the shape of bodies of revolution by centrifugal casting (see GP Fetisov “Materials science and technology of metals”. M: Higher school, 2008, p.500-502). A dosage amount of molten metal is poured into the mold and rotated at a speed that ensures proper casting quality. Centrifugal casting is characterized by high productivity, the process in large-scale production can be fully automated.

К недостаткам данного способа следует отнести:The disadvantages of this method include:

- литьевые формы должны иметь повышенную прочность и герметичность;- injection molds must have increased strength and tightness;

- необходимость строгого дозирования металла для получения заданных размеров изделий;- the need for strict dosing of metal to obtain specified product sizes;

- высокая скорость вращения формы;- high speed rotation of the form;

- сложность получения длинномерных тел вращения.- the difficulty of obtaining long bodies of revolution.

Для изготовления витых труб конфигурации конфузор-диффузор необходима скорость вращения литьевой формы ≈2500^об/_мин, кроме того указанные трубы $$\frac{L_{m\text{}p}}{d_{m\text{}p}}=\frac{6000}{25}\le 240$$

предназначены для теплообменников, где в основном используются трубы диаметром 25 и 38 мм (см. П.И. Бажан, Г.Е. Канавец, В.М. Селиверстов. Справочник по теплообменным аппаратом. М.:Машиностроение, 1989, 365 с.).For the manufacture of spiral tubes configuration confuser-diffuser required rotational speed mold ≈2500 ^/ _min, besides said pipe $$\frac{L_{m\text{A.}p}}{d_{m\text{A.}p}}=\frac{6000}{25}\le 2\mathrm{four}0$$

designed for heat exchangers, where pipes with a diameter of 25 and 38 mm are mainly used (see P.I. Bazhan, G.E. Kanavets, V.M.Seliverstov. Handbook of a heat exchanger. M.: Engineering, 1989, 365 pp. )

Известна технология формирования цельных труб сложной формы и переменного сечения с различными величинами толщины стенок путем гидравлической вытяжки. По этой технологии высоким давлением жидкости изнутри, известным как гидроформинг, производят холодную штамповку (см. П.И. Полухин «Технология металлов и сварки». Элит, 2011, с.289, 290).A known technology for the formation of solid pipes of complex shape and variable cross-section with various values of wall thickness by hydraulic drawing. Using this technology, high-pressure fluids from the inside, known as hydroforming, produce cold stamping (see PI Polukhin “Technology of Metals and Welding.” Elite, 2011, p. 289, 290).

Формовка труб давлением изнутри происходит по следующей схеме: заготовка фиксируется внутри пресс-формы, пресс-форма закрывается, а на внутренние стенки заготовки начинают воздействовать высоким гидростатическим давлением (примерно от 1500 до 4000 атм. в зависимости от требуемой толщины стенок). При этом заготовка начинает расширяться, упирается во внутренние стенки пресс-формы и прижимается к ним. Таким образом, внешний и внутренний контуры получившегося полого изделия точно копируют внутренний контур пресс-формы. Расчеты показывают: для формирования гидростатическим давлением труб типа «конфузор-диффузор» из нержавеющей стали рабочее давление должно составлять [Е.А. Явнилович. «Трубы стальные, чугунные и баллоны». М.:Металлургия, 1966, с.199-371]:Pipe forming from the inside takes place according to the following scheme: the workpiece is fixed inside the mold, the mold is closed, and high hydrostatic pressure begins to affect the inner walls of the workpiece (from about 1,500 to 4,000 atm. Depending on the required wall thickness). In this case, the workpiece begins to expand, abuts against the inner walls of the mold and is pressed against them. Thus, the external and internal contours of the resulting hollow product accurately copy the inner contour of the mold. The calculations show: for the formation of hydrostatic pressure pipes of the type "confuser-diffuser" of stainless steel, the working pressure should be [E.A. Yavnilovich. "Steel pipes, cast-iron and cylinders." M.: Metallurgy, 1966, p. 199-371]:

где S=2 мм - толщина стенки трубы; D=20 мм - внутренний диаметр трубы; $$R=30\raisebox{1ex}{$кг$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$м{м}^2$}\right.$$

- допускаемое напряжение на растяжение для нержавеющей стали.where S = 2 mm is the pipe wall thickness; D = 20 mm is the inner diameter of the pipe; $$R=30\raisebox{1ex}{$\mathrm{to}g$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$m{m}^2$}\right.$$

- permissible tensile stress for stainless steel.

Гидроформинг позволяет быстро получать готовую деталь, в сравнении с любой другой технологией изделие, получаемое по этой технологии, имеет лучший товарный вид, чем при стандартных штамповке и прессовании, исключает последующую их доводку, возможность получения деталей с суженным выходным сечением, из которых жесткий стальной пуансон по окончании формовки извлечь нельзя.Hydroforming allows you to quickly get the finished part, in comparison with any other technology, the product obtained by this technology has a better presentation than with standard stamping and pressing, eliminates their subsequent refinement, the possibility of obtaining parts with a narrowed output section, of which a rigid steel punch after molding it is impossible to remove.

Однако технология гидроформинга имеет и ряд недостатков: малая производительность, обусловленная длительностью операции установки и зажатия заготовки, уплотнения рабочей полости, заполнения ее жидкостью, высокая базовая стоимость установки в целом.However, hydroforming technology has a number of drawbacks: low productivity due to the length of the installation and clamping operation of the workpiece, compaction of the working cavity, filling it with liquid, high base cost of the installation as a whole.

Наиболее близким способом для получения труб сложной формы и переменного сечения является способ ротационной ковки (или ротационного обжатия), являющийся разновидностью ковки и осуществляемый на специальных ротационно-ковочных устройствах. Главным элементом такой машины является ковочный блок, который воздействует на заготовку со всех сторон в поперечном сечении. Классическая схема ковки - подача в ковочный блок изделия одной зажимной головкой, обжатие его бойками, имеющими заданный профиль с последующим перехватом с противоположной стороны другой зажимной головкой.The closest way to obtain pipes of complex shape and variable cross-section is the method of rotational forging (or rotational crimping), which is a type of forging and carried out on special rotary forging devices. The main element of such a machine is the forging unit, which acts on the workpiece from all sides in cross section. The classic forging scheme is feeding one clamping head into the forging block of a product, crimping it with strikers having a given profile, followed by interception from the opposite side with the other clamping head.

Преимуществом ротационной ковки является: относительно низкая стоимость формирующего инструмента, возможность быстрой переналадки, высокая производительность, отсутствие жесткой привязки к мерности заготовки в пределах одной партии.The advantage of rotational forging is: the relatively low cost of the forming tool, the possibility of quick readjustment, high productivity, the absence of a rigid reference to the dimension of the workpiece within one batch.

Недостатками ротационной ковки для производства длинномерных изделий со сложной конфигурацией поверхности труб, как, например витая труба «конфузор-диффузор», следует отнести: возможность сильного искривления заготовки в ковочном блоке из-за невозможности осуществления перехвата заготовки ввиду сложности профиля конечного изделия и обратных осевых усилий (поскольку длина заготовки много больше диаметра), а при высоких скоростях ковки, более 1 м/мин, заготовка оказывается за порогом устойчивости.The disadvantages of rotational forging for the production of long products with a complex configuration of the pipe surface, such as a twisted pipe “confuser-diffuser”, include: the possibility of strong bending of the workpiece in the forging unit due to the inability to intercept the workpiece due to the complexity of the final product profile and reverse axial forces (since the length of the workpiece is much larger than the diameter), and at high forging speeds, more than 1 m / min, the workpiece is beyond the stability threshold.

Задачей предлагаемого способа является изготовление витых длинномерных труб типа «конфузор-диффузор» методом ротационной ковки.The objective of the proposed method is the manufacture of twisted long pipes of the type "confuser-diffuser" by rotational forging.

Результат достигается тем, что в способе изготовления витых труб типа «конфузор-диффузор» методом ротационной ковки, заключающемся в фиксации заготовки захватом зажимной головки манипулятора, подаче ее в ковочный блок с последующим обжатием бойками, имеющими заданный профиль изделия, согласно изобретению заготовку, представляющую собой длинномерную цельную трубу, устанавливают при помощи грейфера на ось ковки, фиксируют захватом зажимной головки манипулятора и свободным концом вводят заготовку в ковочный блок до достижения головкой манипулятора крайнего ближнего положения относительно ковочного блока, затем придают заготовке поступательно-вращательное движение и производят обжатие заготовки бойками, рабочая поверхность которых спроектирована таким образом, что при обжатии за счет профиля бойков сначала формируют диффузорную часть трубы, затем - конфузорную, ковку производят в холодном режиме протягивания без перехвата заготовки, при этом режим ротационной ковки ведут при вращении заготовки с числом оборотов - 15…17 об/мин, скоростью протягивания - 0,6…0,8 м/мин, с частотой хода бойков - 800…810 уд./мин и усилием ковки - 5000 кг.The result is achieved by the fact that in the method of manufacturing twisted pipes of the “confuser-diffuser” type by the method of rotational forging, which consists in fixing the workpiece by gripping the clamping head of the manipulator, feeding it into the forging unit and then crimping it with strikers having a given product profile, according to the invention, the workpiece representing a long one-piece pipe, is installed with a grab onto the forging axis, fixed by gripping the clamping head of the manipulator, and the free end is inserted into the forging block until the head reaches the manipulator of the extreme near position relative to the forging block, then the workpiece is rotationally rotated and the workpiece is crimped by the strikers, the working surface of which is designed in such a way that, when crimped, the diffuser part of the pipe is formed first, then the confuser part is forged in cold mode pulling without interception of the workpiece, while the rotation forging mode is carried out during rotation of the workpiece with a speed of 15 ... 17 rpm, the speed of pulling is 0.6 ... 0.8 m / min, s rangefinders stroke strikers - 800 ... 810 beats / min and forging force -. 5000 kg.

Результат достигается также тем, что рабочую поверхность бойков, формирующих витую конфузорно-диффузорную трубу, профилируют с использованием пакета специальных компьютерных программ.The result is also achieved by the fact that the working surface of the strikers forming a twisted confuser-diffuser pipe is profiled using a package of special computer programs.

На фиг.1 схематично показан процесс изготовления витой трубы типа «конфузор-диффузор», на фиг.2 сечение А-А.Figure 1 schematically shows the manufacturing process of a twisted pipe type "confuser-diffuser", figure 2 section aa.

Способ ковки витой трубы типа «конфузор-диффузор» осуществляют в холодном состоянии без использования дорна (в целях сокращения длины технологического цикла). После подачи заготовки 1 (цельной полой длинномерной трубы) загрузочным устройством (грейфером) на ось ковки заготовку 1 фиксируют захватом зажимной головки 2 манипулятора. Для предотвращения изгиба заготовки 1 вдоль ее движения устанавливают поддерживающие блоки опор 3.The method of forging a twisted pipe of the “confuser-diffuser” type is carried out in a cold state without using a mandrel (in order to reduce the length of the technological cycle). After feeding the workpiece 1 (a hollow long pipe) with a loading device (grab) to the forging axis, the workpiece 1 is fixed by gripping the clamping head 2 of the manipulator. To prevent bending of the workpiece 1 along its movement set supporting blocks of supports 3.

Затем заготовку 1 свободным концом подводят к ковочному блоку, включают вращение заготовки 1, а бойки 4 ковочного блока сводят с зазором в 1 мм, что не препятствует свободному перемещению заготовки 1 в ковочном блоке. Далее заготовку 1 вводят в ковочный блок. Манипулятор с закрепленной в зажимной головке 2 заготовкой 1 перемещают в крайнее ближнее положение относительно ковочного блока.Then the blank 1 with its free end is brought to the forging block, the rotation of the blank 1 is turned on, and the strikers 4 of the forging block are reduced with a gap of 1 mm, which does not prevent the free movement of the blank 1 in the forging block. Next, the workpiece 1 is introduced into the forging unit. The manipulator with the workpiece 1 fixed in the clamping head 2 is moved to the most proximal position relative to the forging unit.

По завершению подготовительных операций заготовке 1 придают поступательно-вращательное движение и начинают медленное сведение бойков 4 для выполнения процесса ротационного обжатия заготовки 1.Upon completion of the preparatory operations, the workpiece 1 is attached with a translational-rotational movement and the slow reduction of the strikers 4 is started to perform the process of rotational compression of the workpiece 1.

Рабочая поверхность бойков 4 спроектирована таким образом, что сначала формируется диффузорная, затем конфузорная часть витой трубы. Профилирование рабочей поверхности бойков 4 производят с использованием пакета специальных программ.The working surface of the strikers 4 is designed in such a way that the diffuser, then confuser part of the twisted pipe is first formed. Profiling the working surface of the strikers 4 is performed using a special program package.

Режим ротационной ковки ведут при вращении заготовки с числом оборотов - 15…17 об/мин, скоростью протягивания - 0,6…0,8 м/мин, с частотой хода бойков - 800…810 уд./мин и усилием ковки - 5000 кг.Rotational forging mode is carried out during rotation of the workpiece with a speed of 15 ... 17 rpm, pulling speed - 0.6 ... 0.8 m / min, with a stroke frequency of strikers - 800 ... 810 beats / min and forging force - 5000 kg .

В процессе ротационного обжатия заготовки 1 за счет профиля бойков вначале формируют диффузорную часть элемента «конфузор-диффузор» (с меньшего диаметра на больший), затем его короткая - конфузорная часть (с большего диаметра на меньший) при поступательно-вращательном движении заготовки 1. Ковку изделия проводят в режиме протягивания без перехвата заготовки 1.In the process of rotational compression of the workpiece 1, the diffuser part of the confuser-diffuser element (from a smaller diameter to a larger one) is first formed due to the profile of the strikers, then its short part is a confuser part (from a larger diameter to a smaller one) during the progressive-rotational movement of the workpiece 1. Forging products are carried out in the mode of pulling without interception of the workpiece 1.

На этапе подготовки, начала и реализации способа ковки используют аппаратно - программный комплекс, позволяющий регулировать точность сведения ковочных блоков до 0,1 мм, скорость сведения до 1 мм, точность позиционирования зажимных головок 2 до 1 мм, скорость движения зажимных головок 2 с точностью до 0,1 м/мин, скорость вращения заготовки 1 с точностью до 0,1 об/мин.At the stage of preparation, beginning and implementation of the forging method, a hardware-software complex is used that allows you to adjust the accuracy of the forging units to 0.1 mm, the speed of mixing to 1 mm, the positioning accuracy of the clamping heads 2 to 1 mm, the speed of movement of the clamping heads 2 accurate to 0.1 m / min, the speed of rotation of the workpiece 1 with an accuracy of 0.1 rpm

Согласно предлагаемому способу холодной ротационной ковки за счет профиля бойков получают длинномерную витую трубу типа «конфузор-диффузор» с заданной чистотой наружной и внутренней поверхностей, не требующих дополнительной обработки.According to the proposed method of cold rotary forging, due to the profile of the strikers, a lengthy twisted tube of the “confuser-diffuser” type is obtained with a given purity of the outer and inner surfaces that do not require additional processing.

Claims (2)

1. Способ изготовления витых труб типа «конфузор-диффузор» методом ротационной ковки, включающий фиксацию заготовки захватом зажимной головки манипулятора, подачу ее в ковочной блок, в котором осуществляют ротационное обжатие заготовки бойками, имеющими заданный профиль рабочей поверхности, отличающийся тем, что заготовку в виде длинномерной цельной трубы грейфером устанавливают на ось ковки, зафиксированную захватом зажимной головки манипулятора длинномерную трубу свободным концом вводят в ковочный блок до достижения головкой манипулятора крайнего ближнего положения относительно ковочного блока, затем длинномерной трубе придают поступательно-вращательное движение и производят ее ротационное обжатие бойками, имеющими профиль рабочей поверхности, который обеспечивает формирование при обжатии сначала диффузорной части трубы, а затем - конфузорной, при этом ротационную ковку производят в холодном режиме протягивания без перехвата длинномерной трубы при ее вращении со скоростью, составляющей 15-17 об/мин, при этом скорость протягивания составляет 0,6-0,8 м/мин, частота хода бойков - 800-810 уд./мин, а усилие ковки - 5000 кгс. 1. A method of manufacturing twisted pipes of the "confuser-diffuser" type by rotational forging, which includes fixing the workpiece by gripping the clamping head of the manipulator, feeding it into the forging unit, in which the workpiece is rotationally crimped by strikers having a given working surface profile, characterized in that the workpiece is in the form of a long one-piece pipe, a grab is installed on the forging axis, fixed by gripping the clamping head of the manipulator, a long pipe with its free end is introduced into the forging block until the head reaches the mani the puller of the extreme closest position relative to the forging block, then a long pipe is given translational-rotational movement and rotate it by the strikers having the profile of the working surface, which ensures the formation of the diffuser part of the pipe when it is crimped, and then the confuser part, while rotational forging is performed in cold the mode of pulling without interception of a long pipe when it rotates at a speed of 15-17 rpm, while the speed of pulling is 0.6-0.8 m / min, frequency the stroke of the strikers is 800-810 beats / min, and the forging force is 5000 kgf. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что профиль рабочей поверхности бойков задают с помощью компьютерных программ. 2. The method according to claim 1, characterized in that the profile of the working surface of the strikers is set using computer programs.

Images