Спосіб виготовлення корпусів балонів високого тиску

Корисна модель відноситься до галузі обробки металів тиском і може бути використана при виготовленні корпусів балонів високого тиску. Відомий спосіб виготовлення корпусів балонів високого тиску з гарячекатаної заготовки прошивкою її в гарячому стані з подальшим формуванням “стакана”, а потім горловини балона (патент США №3948073, В21Д21/24, 1976). Використовування даного способу характеризується підвищеною матеріаломісткістю балона через виникнення потовщення днища при прошивці гарячекатаної заготовки, практично в три рази перевищуючого товщин у стінки циліндричної частини балона. Відомий також спосіб виготовлення корпусів балонів високого тиску з листової заготовки за допомогою глибокої витяжки в холодному стані (патент США №4148208, В21Д22/20, 1972). Даний спосіб надто трудомісткий, оскільки заснований на процесі багатоопераційної глибокої витяжки листової заготовки, а також є низькопродуктивним і для масового виробництва незастосовний. Відомий також спосіб виготовлення корпусів балонів високого тиску, що включає одноопераційну закатку нагрітого кінця трубчатої заготовки, що обертається, роликами, що обертаються навкруги своїх осей і переміщуються по криволінійній траєкторії щодо осі заготовки до утворення необхідного профілю горловини роликами. При цьому одночасно здійснюють деформацію назустріч одна іншої торцевої і периферійної частин кінця заготовки з величиною контактної поверхні роликів з заготовкою, що постійно збільшується (а.с. СССР №683841, В21Д51/24, 1979). Корпуси балонів високого тиску, одержані даним способом, мають дефекти у вигляді концентричних западин на продеформованій сферичній частині, що утворилися через осьову дію одного з роликів на заключному етапі закатки. Відомий також спосіб виготовлення корпусів балонів високого тиску шля хом закатки поворотним інструментом нагрітих кінців сталевої тр убної заготовки. При цьому нагрів кінцевої ділянки заготовки під закатку по його довжині здійснюють до однакової температури в інтервалі 1100-1250°С залежно від марки сталі (Давильные работы и ротационное выдавливание. М.А. Гредитор, М., Ма шиностроение, 1971, с.59). При використовуванні даного способу, оскільки нагріта по довжині з однаковою температурою кінцева ділянка заготовки піддається в процесі закатки осьовому стисненню, має місце втрати стійкості сферичних частин горловини і днищ балонів, а також відбувається утворення здуття в місці переходу від сферичної частини горловини або днища до циліндричної частини заготовки. Особливо це часто має місце при закатці тонкостінних заготовок. В основі даної корисної моделі лежить рішення задачі по удосконаленню способу вигото влення балонів високого тиску шляхом зміни умов нагріву кінцевих ділянок заготовок під закатку за рахунок чого виключається втрата стійкості сферичних частин (горловини і днищ) балонів в процесі закатки і утворення здуття в місці переходу від сферичної частини закатуємих горловини або днищ до циліндричної частини трубної заготовки і тим самим досягається зниження браку при виготовленні балонів. Поставлена задача вирішена тим, що в способі виготовлення корпусів балонів високого тиску шляхом закатки поворотним інструментом нагрітих кінців трубної заготовки, згідно пропонованої корисної моделі, нагрів кінцевої ділянки заготовки під закатку здійснюють таким чином, щоб його температура послідовно зменшувалася від торця заготовки по її довжині в інтервалі від максимальної до мінімальної температур деформації матеріалу заготовки під закатку, при цьому величину температур нагріву Tx кожної зони кінцевої ділянки визначають по формулі: Tx = Tmax Tmax - Tmin × Lx L , де Tmax - температура деформації матеріалу заготовки, що максимально допускається, °С; Tmin - температура деформації матеріалу заготовки, що мінімально допускається, °С; L - загальна довжина ділянки кінця заготовки, що нагрівається, мм; Lx - відстань від торця заготовки по довжині ділянки, що нагрівається, до місця нагріву, мм. Відмінністю пропонованого способу від найближчого з аналогів є виконання нагріву кінцевої ділянки заготовки по пропонованому режиму з послідовним зниженням температури від торця заготовки по довжині кінцевої ділянки. Технічним результатом від використовування пропонованої корисної моделі є зниження браку при виготовленні корпусів балонів високого тиску за рахунок запобігання при закатці втрати стійкості сферичних частин горловини і днищ балонів, а також виключення утворення здуття в місці переходу від сферичної частини горловини і днищ до циліндричної частини балонів. Це пов’язано з тим, що при поступовому зменшенні температури нагріву периферійних зон від торця заготовки досягається збільшення міцності і жорсткості ділянок кінцевої ділянки заготовки, що деформуються, в місцях формування сферичних частин горловини і днищ балонів, а також їх переходу до циліндричної частини заготовки. Пропонований спосіб здійснюють таким чином. Трубн у заготовку - сталеву безшовну тр убу встановлюють в шпиндель спеціальної закатної машини, яка має супорт зі встановленим на ньому формуючим інструментом. Шпиндель приводять в обертання з частотою обертання, наприклад 550-700хв-1 і за допомогою індуктора струму високої частоти, який встановлюють на закатній машині і здійснюють нагрів кінцевої ділянки заготовки. Шляхом настройки по довжині індуктора струму високої частоти нагрів кінцевої ділянки заготовки під закатку здійснюють так, щоб його температура послідовно зменшувалася від торця заготовки по її довжині в інтервалі від максимальної до мінімальної температур деформації матеріалу заготовки під закатку, при цьому величину температур нагріву Tx кожної зони кінцевої ділянки визначають по формулі: Tx = Tmax Tmax - Tmin × Lx L , де Tmax - температура деформації матеріалу заготовки, що максимально допускається, °С; Tmin - температура деформації матеріалу заготовки, що мінімально допускається, °С; L - загальна довжина ділянки кінця заготовки що нагрівається, мм; Lx - відстань від торця заготовки по довжині ділянки, що нагрівається, до місця нагріву, мм. Потім виконують закатку кінцевої ділянки заготовки за допомогою інструменту, який повертають на кут 90 град. Конкретний приклад. Пропонованим способом були виготовлені автомобільні балони об’ємом 50л на робочий тиск 19,6МПа (200кгс/см 2). Для їх виготовлення були використані заготовки діаметром 219мм з товщиною стінки 6,0мм, довжиною 1650мм з марки сталі 30ХМА. Нагрів заготовки здійснювали індуктором струму високої частоти після установки її в шпинделі і приведення в обертання з частотою 600хв-1. Зокрема: нагрів заготовки перед закаткою горловини і днищ здійснювали на довжині 200мм в інтервалі допустимої для даної марки сталі температури деформації 1100-1200°С. Температура у торця заготовки складала 1200°С і послідовно зменшувалася по її довжині. Величину температури кожної зони кінцевої ділянки заготовки визначали по запропонованій формулі. Так, температура в зоні кінцевої ділянки заготовки на відстані 80мм від її торця складала: 1200 - 110 T80 = 1200 × 80 = 1160 (°C ) 200 . Температура нагріву заготовки по зонах кінцевої ділянки мала значення, вказані в таблиці. Закатку горловини і днищ виконували поворотним інструментом у формі паралелепіпеда, а закатку горловини - спеціально зкаліброваним інструментом, який забезпечує послідовне отримання конфігурації кінця заготовки у вигляді конуса і півсфери з горловиною, діаметр якої поступово зменшується в процесі закатки. Втрати стійкості заготовки і утворення здуття в місці переходу від сферичної частини горловини і днищ до циліндричної частини заготовки не відбувалося. Одержані корпуси балонів піддавалися термічній і механічній обробці, а також випробуванню на міцність гідравлічним тиском 29,4МПа (300кгс/см 2) і на герметичність пневматичним тиском 19,6МПа (200кгс/см 2). Партія балонів, виготовлених відповідно до запропонованого способу випробування витримала і відповідала вимогам нормативної документації. При виготовленні балонів з відхиленнями від запропонованого режиму їх нагріву під закатку мав місце високий рівень браку в зв’язку втратою стійкості сферичних частин горловини і днищ балонів, а також утворенням здуття в місці переходу від сферичної частини горловини і днищ до циліндричної частини заготовки. Так при закатці горловини вибраковка по втраті стійкості заготовок склала до 5% і по здутті до 7%, а при закатці днищ відповідно до 3% і до 5%. Таким чином, використовування запропонованої корисної моделі забезпечує можливість понизити брак, а отже, і витрату металу при їх виготовленні. Таблиця Відстань від торця заготовки по довжині кінцевої ділянки, що нагрівається, до місця нагріву, Lx , мм У торця заготовки Температура нагріву кінцевої ділянки заготовки по зонах Tx , °С 1200 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 1190 1180 1170 1160 1150 1140 1130 1120 1110 1100