Спосіб виготовлення балонів

Спосіб виготовлення балонів, що включає порізку труб на заготовки, нагрів кінцевої ділянки заготовки з одного боку і закатку днища, нагрів кінцевої ділянки заготовки з другого боку і закатку горловини, який відрізняється тим, що довжина кінцевої ділянки заготовки для закатки визначається за виразом: L = (0,97 - l,03)KD, де L - довжина кінцевої ділянки, мм; K - коефіцієнт, що визначається залежно від співвідношення зовнішнього діаметра та товщини стінки заготовки, при цьому K визначається за виразом: K = 0,005D/S+0,55 для днища, K = 0,005D/S+0,6 для горловини, де D - зовнішній діаметр заготовки, мм, S - товщина стінки, мм. Винахід належить до галузі обробки металів тиском і може бути використаний при виготовленні сталевих газових балонів високого тиску, наприклад автомобільних балонів для зберігання стисненого природного газу. Основним показником, що характеризує вимоги до газових балонів, є оптимальне співвідношення маси та корисного об'єму балона за умови забезпечення необхідних міцнісних характеристик металу. Відомий спосіб виготовлення балонів високого тиску багатоопераційною глибокою витяжкою гільзи-стакана з днищем зі сталевого диска, що вирізують з листової заготовки. На відкритому кінці стакана формують горловину (пат. США № 4148208, B21D22/20, 1972). Використання способу значно підвищує витрати металу, тому що під час вирізки диска в обрізку іде 25-30 % металу, що разом із великою трудомісткістю процесу призводить до збільшення вартості балона. Відомий також спосіб виготовлення балонів прошивкою та протяжкою у нагрітому стані суцільної заготовки на пресах з формуванням гільзи стакана з днищем, на відкритому кінці якого формують горловину (пат. США № 3948073, B21D22/24, 1976). Спосіб дозволяє уникнути великих витрат металу, що мають місце під час вирізки дисків, але зберігається необхідність обрізки частини металу на відкритому кінці заготовки, для його вирівнювання перед формуванням горловини. Тому при використанні цього способу витрати металу будуть дещо менше, однак повністю уникнути зайвих витрат металу є неможливим. Найбільш близьким за технічною суттю та результатом, що досягається, є спосіб виготовлення корпусів балонів, що включає порізку труб на заготовки, нагрів кінцевої ділянки заготовки з одного боку і закатку днища, нагрів кінцевої ділянки заготовки з другого боку і закатку горловини (пат. РФ № 2044586 "Способ изготовления баллонов" от 27.09.1995, B21D51/24). Використання для виготовлення корпусів балонів трубної заготовки дозволяє повністю виключити операції вирізки або обрізки частини металу, тому цей спосіб у порівнянні з попередніми забезпечує найменші витрати металу і вартість балона. (19) UA (11) 97083 (13) C2 (21) a201110969 (22) 13.09.2011 (24) 26.12.2011 (46) 26.12.2011, Бюл.№ 24, 2011 р. (72) ХВЕДЕЛІДЗЕ КИРИЛО ТАМАЗОВИЧ (73) ДЕРЖАВНЕ ПІДПРИЄМСТВО "НАУКОВОДОСЛІДНИЙ ТА КОНСТРУКТОРСЬКОТЕХНОЛОГІЧНИЙ ІНСТИТУТ ТРУБНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ ІМ. Я.Ю. ОСАДИ", ХВЕДЕЛІДЗЕ КИРИЛО ТАМАЗОВИЧ (56) RU 2334910; 27.09.2008 UA 36338 U; 27.10.2008 SU 1754298 A1; 15.08.1992 RU 2044586 С1; 27.09.1995 SU 1412858 A1; 30.07.1988 UA 8581 U; 15.08.2005 SU 1205971 A; 23.01.1986 SU 1696066 A1; 07.12.1991 3 Але його недоліком є неможливість забезпечити необхідну товщину стінки балона в днищі та горловині для стабільного отримання належної якості готового балона. Недостатня товщина стінки балона в днищі може призвести до підвищеної відбраковки при виготовленні балона або до дегерметизації балона в процесі його експлуатації, а недостатня товщина стінки балона в горловині не дозволяє здійснити нарізку різьби, яка необхідна для установки запірної арматури. Надмірна товщина стінки балона може мати форму напливу металу на внутрішній поверхні днища, що у ряді випадків супроводжується утворенням тріщин, а надмірна товщина стінки в горловині може привести до дефектів на зовнішній поверхні балона. В основу даного винаходу поставлено задачу створення такого способу виготовлення корпусів балонів, використання якого дозволить одержати оптимальну величину товщини стінки днища та горловини, що забезпечить високу якість балона і його експлуатаційну надійність. Поставлена задача вирішена тим, що в способі виготовлення корпусів балонів, що включає порізку труб на заготовки, нагрів кінцевої ділянки заготовки з одного боку і закатку днища, нагрів кінцевої ділянки заготовки з другого боку і закатку горловини, відповідно до винаходу, довжина кінцевої ділянки заготовки для закатки визначається за виразом: L=(0,97-1,03) KD, Де L - довжина кінцевої ділянки, мм; K - коефіцієнт, що визначається залежно від співвідношення зовнішнього діаметра та товщини стінки заготовки, при цьому K визначається за виразом: K =0,005D/S+0,55 для днища, K =0,005D/S+0,6 для горловини, де D - зовнішній діаметр заготовки, мм, S - товщина стінки заготовки, мм. Довжина кінцевих ділянок заготовки визначає кількість металу, що піде під закатку. Кількість металу у зоні закатки обумовлює одержання необхідної товщини стінки, що, у свою чергу, забезпечує можливість одержання якісного днища і горловини. Це досягається тим, що центральна зона днища завдяки оптимальної кількості металу для його виготовлення одержує потовщення в 2,0-2,5 рази більше товщини стінки заготовки, що забезпечує, з одного боку, його герметичність, а з іншого - відсутність надмірного напливу металу. В циліндричній частині горловини досягається потовщення металу в 1,8-2,3 разу більше товщини заготовки, що, з одного боку, забезпечує можливість нарізки різьби для установки арматури, а з іншого - запобігає надлишковому витіканню металу в горловину. Таким чином, спосіб виготовлення балонів, що пропонується, дозволяє забезпечити оптимальну кількість металу, необхідну для виготовлення якісного днища і горловини балонів, що в свою чергу забезпечує їх високу експлуатаційну надійність та відсутність технологічного браку. 97083 4 Параметри, що заявляються, отримані дослідним шляхом. Надалі винахід пояснюється детальним описом його виконання. Цільнокатану безшовну трубу зі сталі марки 30ХМА зовнішнім діаметром 219 мм з товщиною стінки 6,5 мм разрізають на заготовки довжиною 1700 мм. Відповідно до формули, що пропонується, розраховують довжину L кінцевих ділянок, яка складає: Для днища: L min = 0,97 х (0,005 × 219:6,5+0,55) х 219=153 мм, L max = 1,03 х (0,005 × 219:6,5+0,55) х 219=162 мм. Приймаємо L = 155 мм. Для горловини: L min = 0,97 х (0,005 × 219:6,5+0,6) х 219=163 мм, L max = 1,03 х (0,005 × 219:6,5+0,6) х 219=173 мм. Приймаємо L = 170 мм. Для формування днища кінцеву ділянку заготовки з одного боку нагрівають в індукторі до температури 1200 град., яка необхідна для здійснення пластичної деформації металу. Нагріту трубну заготовку встановлюють у шпиндель закатної машини. Відповідним чином здійснюють настройку спеціального пристрою закатної машини - штовхача, який подає заготовку в шпиндель, діючи на торець заготовки і установлюючи її остаточно таким чином, щоб довжина кінцевої ділянки заготовки складала 155 мм для днища і 170 мм для горловини. Закатку днища здійснюють поворотним інструментом тертя ковзання у формі паралелепіпеда, при цьому інструмент установлюють таким чином, щоб відстань від центра повороту інструменту до торця заготовки відповідала розрахунковій довжині кінцевої ділянки - 155 мм. Застосування запропонованого способу дозволяє сформувати якісне герметичне днище, товщина якого в 2,0-2,5 рази більше товщини стінки заготовки, що з одного боку забезпечує його герметичність, а з іншого боку виключає надмірний наплив металу. Після закатки днища аналогічнім чином здійснюють закатку горловини. Для закатки горловини використовують поворотний інструмент тертя ковзання зі спеціально скаліброваною робочою поверхнею, а установку його здійснюють таким чином, щоб відстань від центра повороту інструменту до торця заготовки складала 170 мм. Застосування запропонованого способу дозволяє сформувати горловину з товщиною стінки в її циліндричній частині в 1,8-2,3 разу більше товщини стінки заготовки, що з одного боку забезпечує можливість нарізки різьби для установки арматури, а з іншого боку запобігає надлишковому витіканню металу в горловину. З отриманих корпусів було виготовлено партію балонів (термічна і механічна обробка, гідравлічні випробування тиском 29,4 МПа при робочому тиску в балонах 19,6 МПа, пневматичні випробування 5 на герметичність тиском 19,6 МПа), яка визнана технічним контролем придатною. Запропонований спосіб був випробуваний з довжиною кінцевих ділянок заготовки як нижче, так і вище заявлених значень. У першому випадку було недостатньо металу для якісної герметизації днища, що призвело до течі при гідравлічному випробуванні, а при виготовленні горловин через недостатній набір металу не було можливості нарізати якісну різьбу в циліндричній частині горловини. У другому випадку на внутрішній поверхні днищ було виявлено напливи металу з тріщинами, а на горловинах - надмірне потовщення циліндричної частини, що збільшило витрати металу та знизило продуктивність при механічній обробці горловин. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 97083 6 Таким чином, використання запропонованого способу виготовлення корпусів балонів забезпечує зменшення витрат металу, дозволяє виробляти балони з необхідною товщиною стінки в днищі та горловині, що в свою чергу забезпечує стабільність технологічного процесу і високу якість балонів. Балони, які було виготовлено відповідно до запропонованого способу, характеризуються високою надійністю та експлуатаційною безпекою. Наведені відомості підтверджують можливість промислового здійснення. Спосіб виготовлення балонів може бути здійснений в умовах промислового виробництва на стандартному устаткуванні з використанням стандартних матеріалів, вузлів та комплектуючих, що свідчить про те, що запропоноване технічне рішення відповідає критерію винаходу "промислове застосування". Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601