RU2696120C1 - Method of t-joint manufacturing - Google Patents

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention relates to metal forming, particularly, to T-joint molding methods. A rectangular workpiece is made with a round or elliptical hole for branching. On the bending machine a rectangular workpiece is formed into the shape of two semi-circles joined by straight sections. A longitudinal weld is made to joint the joint of bent edges. Then heated to temperature of 750–1,150 °C. Crosswise crimp and flanging of T-joint are performed by punch installed on pulling device.EFFECT: microstructure of the T-joint main metal is improved.1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам формовки тройников, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения для изготовления штампованных и штампосварных тройников трубопроводов.The invention relates to the processing of metals by pressure, in particular to methods of forming tees, and can be used in various industries for the manufacture of stamped and die-welded tees of pipelines.

Известен способ изготовления тройников из трубных заготовок, включающий нагрев заготовки, дифференцированное охлаждение и смазку боковых поверхностей в зоне разъема матриц, овализацию воздействием усилий на боковые ее поверхности с одновременным подпором пуансон-оправкой заготовки в зоне формовки патрубка, обжим концов заготовки с предварительной ее формовкой, вытяжку патрубка с нагревом и утонением стенок на 2-5% от исходной толщины заготовки при одновременной вырубке отверстия и его отбортовке (см. А.С. СССР №1082513 на изобретение «Способ изготовления тройников из трубных заготовок», МПК3: В21С 37/29, заявл. 18.08.1982).A known method of manufacturing tees from tubular billets, including heating the billet, differentiated cooling and lubrication of the side surfaces in the area of the connector matrix, ovalization by the action of forces on its side surfaces with the simultaneous support punch mandrel of the workpiece in the forming zone of the pipe, crimping the ends of the workpiece with its preliminary molding, exhaust pipe with heating and thinning the walls by 2-5% of the original thickness of the workpiece while cutting holes and flanging (see AS USSR No. 1082513 for the invention for the manufacture of tubular billets tees "Mpc3: V21S 37/29, appl 18.08.1982)..

Недостатком способа является сложность в дифференцированном охлаждении и в самом процессе овализации с одновременным подпором пуансон-оправкой, что требует использование специализированного оборудования с рабочими органами, двигающимися в двух плоскостях и сложной конструкции штамповой оснастки, кроме того в данном способе изготовление тройника осуществляется два нагрева заготовки, что приводит к ухудшению механических свойств готовой детали.The disadvantage of this method is the difficulty in differentiated cooling and in the process of ovalization with the simultaneous back-up of the punch-mandrel, which requires the use of specialized equipment with working bodies moving in two planes and a complex design of die tooling, in addition, in this method, the tee is made with two heating blanks, which leads to a deterioration in the mechanical properties of the finished part.

Известен способ изготовления тройников из трубных заготовок, включающий нагрев заготовки, ее дифференцированное охлаждение, поперечный обжим концов заготовки для предварительной формовки патрубка, выполнение отверстия, повторный нагрев заготовки и отбортовку патрубка, отличающийся тем, что дифференцированное охлаждение осуществляют путем охлаждения части заготовки, большей ее половины, расположенной диаметрально противоположно формируемому патрубку, до температуры, не менее чем в 1,5 раза ниже температуры нагретой части заготовки.A known method of manufacturing tees from pipe billets, including heating the billet, its differential cooling, lateral crimping of the ends of the billet for preforming the pipe, making holes, reheating the billet and flanging the pipe, characterized in that the differentiated cooling is carried out by cooling part of the billet, more than half located diametrically opposite to the formed pipe to a temperature not less than 1.5 times lower than the temperature of the heated part of the workpiece.

Представленный способ содержит в себе операцию охлаждения части заготовки, не подвергаемой деформации, что приводит к увеличенному времени нахождения зоны отбортовки ответвления на воздухе и, как следствие её охлаждению, приводящему к увеличению предела текучести деформируемой части тройника и увеличению усилия при отбортовке. Кроме того, при продольном обжиме заготовки в зоне с большей температурой происходит значительное увеличение толщины стенки магистрали тройника что в итоге приводит к ступенчатому перепаду толщины стенки по периметру окружности торца магистрали тройника и высокой вероятности расслоения металла в данных зонах.The presented method comprises the operation of cooling a part of a workpiece that is not subjected to deformation, which leads to an increased time spent on the flanging zone of the branch in the air and, as a consequence of its cooling, leading to an increase in the yield strength of the deformable part of the tee and an increase in the force during flanging. In addition, with longitudinal crimping of the workpiece in a zone with a higher temperature, a significant increase in the wall thickness of the tee trunk occurs, which ultimately leads to a stepwise difference in the wall thickness along the perimeter of the circumference of the end of the tee trunk and a high probability of metal stratification in these zones.

Известен способ изготовления тройников (патент РФ №2510679, В21С 37/29, опубл. 10.04.2014) из трубных заготовок на установке, состоящей из подающей тележки, передаточного механизма, пресса с матрицей и консоли поддержки пуансона, включающий вырезку в трубной заготовке овального отверстия, установку и закрепление трубной заготовки с овальным отверстием на подающей тележке, нагрев кромок упомянутого отверстия заготовки до температуры от 900 до 1100°С с помощью цилиндрическо-сегментного индуктора, установленного на наружной поверхности заготовки, подачу тележки с нагретой заготовкой посредством передаточного механизма в рабочую зону пресса с одновременным введением внутрь заготовки пуансона, установленного на консоли поддержки, подачу заготовки к матрице до упора в матрицу или подачу матрицы к заготовке до упора в заготовку, фиксацию подающей тележки с заготовкой в рабочей зоне пресса, отбортовку на заготовке патрубка путем протягивания не нагретого пуансона через отверстия в заготовке и матрице с одновременным охлаждением поверхности заготовки пуансоном, выдачу готового тройника из рабочей зоны пресса, открепление и снятие его с подающей тележки.A known method of manufacturing tees (RF patent No. 2510679, B21C 37/29, publ. 04/10/2014) from pipe billets in an installation consisting of a feeding trolley, a transmission mechanism, a press with a matrix and a punch support console, including cutting in an oval hole billet , installing and securing a tube billet with an oval hole on the feed carriage, heating the edges of the billet hole to a temperature of 900 to 1100 ° C using a cylindrical-segment inductor mounted on the outer surface of the billet, feeds trolleys with heated billet by means of a transmission mechanism to the press working area with simultaneous insertion of a punch installed on the support console into the billet, feeding the billet to the die all the way into the die or feeding the matrix to the billet all the way into the billet, fixing the feeding trolley with the workpiece in the press working area flanging on the nozzle blank by pulling an unheated punch through the holes in the blank and the die while cooling the blank surface with a punch, issuing the finished tee from the working area of the press, detaching and removing it from the feed trolley.

Данный способ подразумевает только локальный нагрев зоны вытяжки ответвления, что в свою очередь накладывает ограничения на размеры изготавливаемых тройников, а также ограничивает несущую способность оснастки, используемой для отбортовки ответвления.This method involves only local heating of the extension zone of the branch, which in turn imposes restrictions on the size of the manufactured tees, and also limits the bearing capacity of the equipment used for flanging the branch.

Известен способ изготовления тройника (патент РФ №2492952, В21С 37/29, C21D 8/10 опубл. 20.09.2013), включающий нагрев заготовки прямоугольной формы до температуры 750-1000°C, формирование цилиндрической обечайки путем гибки заготовки и выполнения продольного сварного соединения, нагрев до температуры 800-1000°C, производят продольный обжим, выполняют отверстие для ответвления в обечайке, нагревают заготовку до температуры 800-1000°C, производят радиальное ее обжатие, охлаждают более половины заготовки, расположенной противоположно выполненному отверстию, до температуры не выше 550°C, осуществляют поперечный обжим заготовки с одновременной отбортовкой ответвления пуансоном, диаметр которого не превышает 1,5 диаметра выполненного отверстия, нагревают заготовку до температуры 800-1000°C, выдерживают заготовку при этой температуре не менее 1 мин на 1 мм толщины заготовки и выполняют отбортовку ответвления пуансоном, диаметр которого равен внутреннему диаметру ответвления, отличающийся тем, что гибку заготовки выполняют с формированием обечайки, диаметр которой не превышает 5-20% наружного диаметра магистрали тройника.A known method of manufacturing a tee (RF patent No. 2492952, B21C 37/29, C21D 8/10 publ. 09/20/2013), comprising heating a rectangular workpiece to a temperature of 750-1000 ° C, forming a cylindrical shell by bending the workpiece and performing longitudinal weld joint , heating to a temperature of 800-1000 ° C, longitudinal crimping is performed, a hole for a branch in the shell is made, the workpiece is heated to a temperature of 800-1000 ° C, it is radially crimped, more than half of the workpiece located opposite the made hole is cooled, before at a temperature not exceeding 550 ° C, cross-crimping the workpiece with simultaneous flanging of the branch with a punch whose diameter does not exceed 1.5 of the diameter of the hole, heat the workpiece to a temperature of 800-1000 ° C, maintain the workpiece at this temperature for at least 1 min per 1 mm the thickness of the workpiece and perform the flanging of the branch with a punch whose diameter is equal to the internal diameter of the branch, characterized in that the bending of the workpiece is performed with the formation of a shell, the diameter of which does not exceed 5-20% of the outer diameter of the trawl tee.

Данный способ является низко производительным и требует высоких энергозатрат за счет выполнения нагрева перед каждой формоизменяющей операцией.This method is low productivity and requires high energy consumption by performing heating before each form-changing operation.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ изготовления тройников (патент РФ №2635491, В21С 37/29 опубл. 13.11.2017), включающий изготовление цилиндрической обечайки путем гибки заготовки прямоугольной формы и выполнения продольного сварного соединения, овализацию обечайки с последующим продольным обжимом, нагрев обечайки до температуры 800÷1000°C, поперечный обжим с предварительным формированием ответвления, повторный нагрев до температуры 800÷1000°C и окончательный поперечный обжим с одновременной отбортовкой ответвления пуансоном при температуре не ниже 700°C через предварительно выполненное отверстие.Кроме того, гибку заготовки осуществляют с формированием обечайки, наибольший диаметр которой превышает наружный диаметр магистрали тройника менее чем на 5%. Кроме того, отверстие для ответвления в заготовке прямоугольной формы выполняют перед её гибкой или в предварительно сформированном ответвлении обечайки, а отбортовку ответвления осуществляют пуансоном, установленным на опорной поверхности.Closest to the proposed invention is a method of manufacturing tees (RF patent No. 2635491, B21C 37/29 publ. 11/13/2017), including the manufacture of a cylindrical shell by bending a rectangular workpiece and performing longitudinal weld joint, ovalization of the shell with subsequent longitudinal crimping, heating the shell up to a temperature of 800 ÷ 1000 ° C, lateral crimping with preliminary branch formation, reheating to a temperature of 800 ÷ 1000 ° C and final transverse crimping with simultaneous flanging of the branch ohm at a temperature not lower than 700 ° C through a pre-made hole. In addition, the bending of the workpiece is carried out with the formation of a shell, the largest diameter of which exceeds the outer diameter of the tee line by less than 5%. In addition, the hole for the branch in the rectangular workpiece is made before it is flexible or in the preformed shell branch, and the branch flanges are carried out by a punch mounted on the supporting surface.

Недостатком данного способа является высокая трудоёмкость и высокие затраты на дополнительное оснащение для выполнения продольного обжима. Двойной нагрев заготовки перед формообразующими операциями ухудшает микроструктуру основного металла тройника.The disadvantage of this method is the high complexity and high costs of additional equipment for performing longitudinal crimping. Double heating the workpiece before forming operations worsens the microstructure of the base metal of the tee.

Технической задачей является повышение производительности изготовления тройников, снижение энергозатрат и улучшение микроструктуры основного металла тройников при сохранении качества изготавливаемого тройника на требуемом уровне.The technical task is to increase the production capacity of tees, reduce energy consumption and improve the microstructure of the base metal of tees while maintaining the quality of the manufactured tee at the required level.

Технический результат достигается в способе изготовления тройника, включающем изготовление прямоугольной заготовки с круглым или эллиптическим отверстием для ответвления, с последующим формированием на листогибочной машине (вальце) прямоугольной заготовки в форму двух полуокружностей, соединенных прямыми участками, которые в сумме составляют 1-25% от суммы длин полуокружностей, выполнение продольного сварного соединения стыка загнутых краев, нагревание до температуры 750-1150°С, поперечный обжим и отбортовку ответвления тройника пуансоном, установленном на тянущем устройстве.The technical result is achieved in a method of manufacturing a tee, including the manufacture of a rectangular billet with a round or elliptical hole for a branch, with the subsequent formation on a bending machine (roller) of a rectangular billet in the form of two semicircles connected by straight sections, which in total amount to 1-25% of the total semicircle lengths, longitudinal weld joint of the joint of the curved edges, heating to a temperature of 750-1150 ° C, transverse crimping and flanging of the tee punch SG mounted on the pulling device.

В предлагаемом способе изготовление заготовки в форме двух полуокружностей, соединенных прямыми участками, которые в сумме составляют 1-25% от суммы длин полуокружностей, и наличием круглого или эллиптического отверстия, выполненного во время вырезки прямоугольной заготовки, исключает необходимость овализации цилиндрической обечайки и вырезки отверстия после поперечного обжима, что приводит к уменьшению трудоёмкости и повышению производительности, а также обеспечивает достижение максимальной высоты ответвления.In the proposed method, the manufacture of a workpiece in the form of two semicircles connected by straight sections, which in total amount to 1-25% of the sum of the lengths of the semicircles, and the presence of a round or elliptical hole made during cutting of a rectangular blank, eliminates the need for ovalization of the cylindrical shell and cutting of the hole after cross crimping, which leads to a decrease in labor input and increase productivity, and also ensures the achievement of the maximum branch height.

Выполнение поперечного обжима заготовки и отбортовка ответвления осуществляется без дополнительного нагрева (нагрев, установка в штамп и формообразование), что приводит к существенному уменьшению затрат на энергетические ресурсы при изготовлении тройников.The cross crimping of the workpiece and the flanging of the branch is carried out without additional heating (heating, installation in a stamp and shaping), which leads to a significant reduction in the cost of energy resources in the manufacture of tees.

Улучшение микроструктуры основного металла достигается за счет того, что производится только один нагрев заготовки.The improvement of the microstructure of the base metal is achieved due to the fact that only one heating of the workpiece is performed.

Изобретение поясняется рисунками: на фиг. 1 показана прямоугольная заготовка, загнутая в форме двух полуокружностей, соединенных прямыми участками, с отверстием; на фиг. 2 – стадия поперечного обжима заготовки; на фиг. 3 – стадия отбортовки ответвления пуансоном; на фиг. 4 – готовый тройник.The invention is illustrated by drawings: in FIG. 1 shows a rectangular blank bent in the form of two semicircles connected by straight sections with an opening; in FIG. 2 - stage of transverse crimping of the workpiece; in FIG. 3 - stage flanging branches punch; in FIG. 4 - finished tee.

Способ реализуют следующим образом. The method is implemented as follows.

Сначала изготавливают заготовку в форме двух полуокружностей, соединенных прямыми участками, которые в сумме составляют 1-25% от суммы длин полуокружностей. Величина прямолинейных участков зависит от геометрических параметров тройника, так для тройника с диаметром ответвления D_О в два раза меньшим диаметра магистрали D_Ми меньшей толщиной стенки принимается минимальное значение величины прямолинейного участка равного 1% и наоборот, если диаметр ответвления D_О равен диаметру магистрали D_М и имеет большую толщину стенки, то следует принимать максимальное значение величины прямолинейного участка, вплоть до 25%, при значениях больше 25% происходит потеря устойчивости заготовки при обжиме и как следствие брак изделия, если же значение меньше 1%, то прямолинейные участки слишком малы и при обжиме не достигается требуемого эффектаформирования «пукли». First, a workpiece is made in the form of two semicircles connected by straight sections, which in total amount to 1-25% of the sum of the lengths of the semicircles. The magnitude of the straight sections depends on the geometrical parameters of the tee, so for a tee with a branch diameter D _O half the diameter of the trunk D _M and a smaller wall thickness, the minimum value of the straight part is 1% and vice versa if the diameter of the branch D _O is equal to the diameter of the trunk D _M and has a large wall thickness, it is necessary to take the maximum value of the straight portion, up to 25%, with values greater than 25% loss of stability occurs when swaging the blank and how quently workmanship if the value is less than 1%, the straight portions are too small and the desired crimp is not achieved effektaformirovaniya "jacke".

Заготовку изготавливают путем гибки из прямоугольной заготовки с круглым или эллиптическим отверстием и выполняют продольное сварное соединение. Причем диаметр полуокружностей заготовки выполняют равным диаметру магистрали тройника D_М. The billet is made by bending from a rectangular billet with a round or elliptical hole and perform longitudinal welding. Moreover, the diameter of the semicircles of the workpiece is equal to the diameter of the tee line D _M.

Затем заготовку нагревают до температуры 750-1150°С, температура нагрева зависит от марки стали из которой изготавливается тройник, чем прочнее сталь, тем выше температура, и толщины стенки магистрали тройника, чем толще стенка, тем выше температура, это связано с уменьшением усилия штамповки при изготовлении толстостенных тройников при этом нагрев до температур выше 1150°С не рационален, так как механические свойства сталей при более высоких температурах не изменяются что приводит к бессмысленности дальнейшего нагрева заготовок и перерасходу энергоресурсов, в то время как нагрев до температур ниже 750°С не обеспечивает достаточного размягчения стали для штамповки и применяется для тонкостенных тройников для снижения вероятности потери устойчивости прямолинейных участков. Then the preform is heated to a temperature of 750-1150 ° C, the heating temperature depends on the grade of steel from which the tee is made, the stronger the steel, the higher the temperature, and the wall thickness of the tee line, the thicker the wall, the higher the temperature, this is due to a decrease in the stamping force in the manufacture of thick-walled tees, heating to temperatures above 1150 ° C is not rational, since the mechanical properties of steels at higher temperatures do not change, which leads to the senselessness of further heating of the workpieces and overgrowing dy energy, while heating to a temperature below 750 ° C does not provide enough softening for the steel used for stamping and tees thin to reduce the likelihood of loss of stability of rectilinear portions.

Нагретую заготовку транспортируют в штамп и производят поперечный обжим заготовки, после которого сразу же осуществляют отбортовку ответвления пуансоном, установленном на тянущем устройстве, через предварительно выполненное отверстие.The heated billet is transported into a stamp and transverse crimping of the billet is carried out, after which the branch is immediately flanged by a punch mounted on a pulling device through a pre-made hole.

Пример выполнения тройника диаметром магистрали D_М=1020 мм и с ответвлением D_О=720 мм из листа с толщиной стенки 30 мм на АО «НФТ».An example of a tee with a diameter of the trunk D _М = 1020 mm and with a branch D _О = 720 mm from a sheet with a wall thickness of 30 mm at NFT JSC.

Из листа металла толщиной 30 мм была вырезана прямоугольная заготовка с эллиптическим отверстием. Затем прямоугольная заготовка была согнута на листогибочных машинах (вальцах) в заготовку в форме двух полуокружностей, соединенных прямыми участками длиной 114 мм каждый (7% от суммы длин полуокружностей), выполнен продольный сварной шов. Далее заготовка нагревалась до температуры 930°С в печи, после чего транспортировалась в разъемный штамп погрузчиком с дорном, производился поперечный обжим заготовки, во время которого на тянущее устройство устанавливался пуансон. Сразу после окончания поперечного обжима была произведена отбортовка ответвления тройника. Заявленным способом был получен тройник 1020х720 мм с высотой ответвления 140 мм и толщиной его стенки 24 мм.A rectangular blank with an elliptical hole was cut from a sheet of metal 30 mm thick. Then, the rectangular billet was bent on bending machines (rollers) into a billet in the form of two semicircles connected by straight sections 114 mm long each (7% of the total length of the semicircles), a longitudinal weld was made. Further, the billet was heated to a temperature of 930 ° C in the furnace, after which it was transported into a split stamp by a loader with a mandrel, a transverse crimping of the billet was performed, during which a punch was installed on the pulling device. Immediately after the end of the transverse crimping, the tee branch was flanged. The claimed method was obtained tee 1020x720 mm with a branch height of 140 mm and a wall thickness of 24 mm.

Выполнение способа в совокупности и последовательности предлагаемых операций позволяет существенно повысить производительность, уменьшить трудозатраты и энергозатраты, а также улучшить микроструктуру основного металла тройника, сохранная при этом качество изготавливаемого тройника на требуемом уровне за счет обеспечения требуемой толщины стенки ответвления при его максимальной высоте.The implementation of the method in the aggregate and sequence of the proposed operations can significantly increase productivity, reduce labor and energy costs, as well as improve the microstructure of the base metal of the tee, while maintaining the quality of the manufactured tee at the required level by ensuring the required thickness of the branch wall at its maximum height.

Claims (2)

1. Способ изготовления тройника, включающий изготовление прямоугольной заготовки с круглым или эллиптическим отверстием для ответвления, формирование на листогибочной машине в форму двух полуокружностей, соединенных прямыми участками, выполнение продольного сварного соединения стыка загнутых краев, нагревание до температуры 750-1150°С, поперечный обжим и отбортовку ответвления пуансоном, установленным на тянущем устройстве.1. A method of manufacturing a tee, including the manufacture of a rectangular billet with a round or elliptical hole for a branch, forming on a sheet bending machine in the form of two semicircles connected by straight sections, performing a longitudinal welded joint of the joint of curved edges, heating to a temperature of 750-1150 ° C, transverse crimping and flanging the branch with a punch mounted on the haul device. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что протяженность прямых участков в сумме составляет 1-25% от суммы длин полуокружностей.2. The method according to claim 1, characterized in that the length of the straight sections in the amount is 1-25% of the sum of the lengths of the semicircles.

Images