Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. (19) BY (11) 10676
(13) U
(46) 2015.06.30
(51) МПК
ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
B 21D 41/04 (2006.01)
(54) СТАН ДЛЯ ОБЖИМА КОНЦА
ТОЛСТОСТЕННОЙ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ
(21) Номер заявки: u 20140460
(22) 2014.12.17
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Физико-технический
институт Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Клубович Владимир Влади-
мирович; Клушин Валерий Александ-
рович; Томило Вячеслав Анатольевич;
Левкович Виктор Владимирович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Физико-техни-
ческий институт Национальной ака-
демии наук Беларуси" (BY)
(57)
Стан для обжима конца толстостенной трубной заготовки, содержащий технологиче-
ский блок с установленными в нем кольцевой матрицей с опорной втулкой и устройство
для удаления обжатой трубной заготовки из матрицы, выполненное в виде жестко связан-
ного со станиной силового цилиндра, на штоке которого закреплен выталкиватель, отли-
чающийся тем, что в технологическом блоке дополнительно установлен соосно с
матрицей индуктор для нагрева конца трубной заготовки, силовой цилиндр устройства
для удаления обжатой трубной заготовки жестко состыкован на одной оси с силовым ци-
линдром устройства для калибрования внутреннего диаметра обжатого конца, на штоке
цилиндра которого закреплен соосно с матрицей дорн, а шток цилиндра устройства для
удаления жестко связан со станиной, при этом выталкиватель устройства для удаления
выполнен в виде ступенчатого кольца, закрепленного на передней крышке силового ци-
линдра устройства для калибрования, и установлен в опорной втулке кольцевой матрицы
по скользящей посадке.
Фиг. 1
BY10676U2015.06.30

2. BY 10676 U 2015.06.30
2
(56)
1. Пашкевич А.Г., Глазков В.И., Ершов В.И., Каширин М.Ф. Интенсификация процес-
са обжима полых цилиндрических заготовок // Кузнечно-штамповочное производство. -
1976. - № 3.
2. RU 2043813, МПК B 21D, 1995.
3. Непершин Р.И. Идеальные процессы обжима и раздачи толстостенных трубных за-
готовок // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. -
2010. - № 6.
Полезная модель относится к обработке металлов давлением и может быть использо-
вана для обжима концов толстостенных трубных заготовок, используемых, например, при
изготовлении несущих осей сельскохозяйственной техники.
Известно устройство для обжима конца толстостенной трубной заготовки под дейст-
вием постоянной внешней нагрузки в штампе с электроподогревом матрицы для передачи
тепла деформируемому концу трубной заготовки [1].
Недостатком этого устройства является низкая производительность из-за длительно-
сти процесса нагрева концевого участка трубы для обеспечения требуемой температуры
штамповки (обжима).
В качестве прототипа выбран стан для обжима конца толстостенной трубной заготов-
ки, содержащий технологический блок с установленными в нем кольцевой матрицей с
опорной втулкой и устройство для удаления обжатой трубной заготовки из матрицы, вы-
полненное в виде жестко связанного со станиной силового цилиндра, на штоке которого
закреплен выталкиватель [2].
Недостаток стана, выбранного в качестве прототипа, заключается в низкой произво-
дительности обжима конца толстостенной трубной заготовки из-за последовательного
выполнения операций нагрева конца трубной заготовки, транспортировки нагретой заго-
товки на рольганг стана и последующего обжима конца трубной заготовки в стане путем
ее проталкивания в матрицу, а также в ограниченных технологических возможностях,
обусловленных утолщением стенки обжатого конца трубной заготовки.
Утолщение конца трубной заготовки зависит от исходных параметров трубы (матери-
ал, размеры) и технологических параметров обжима (температура нагрева конца трубной
заготовки, скорость проталкивания, угла конуса матрицы, степени обжатия и др.). Утол-
щение стенки обжатого конца трубной заготовки может колебаться от 5 до 30 % в зависи-
мости от профиля матрицы [3].
Утолщение стенки обжатого конца толстостенной трубной заготовки приводит к не-
эффективному использованию исходной трубной заготовки и увеличению массы изделия,
что недопустимо, например, при изготовлении несущих осей автотракторной техники и
других точных трубных деталей. В этих случаях утолщение стенки обжатого конца труб-
ной заготовки устраняют, как правило, путем механической обработки внутреннего диа-
метра обжатого конца.
В основу полезной модели положена задача повышения производительности и расши-
рения технологических возможностей обжима конца толстостенной трубной заготовки.
Поставленная задача достигается тем, что в стане для обжима конца толстостенной
трубной заготовки, содержащем технологический блок с установленными в нем кольце-
вой матрицей с опорной втулкой и устройство для удаления обжатой трубной заготовки
из матрицы, выполненное в виде жестко связанного со станиной силового цилиндра, на
штоке которого закреплен выталкиватель, в технологическом блоке дополнительно уста-
новлен соосно с матрицей индуктор для нагрева конца трубной заготовки, силовой ци-
линдр устройства для удаления обжатой трубной заготовки жестко состыкован на одной
оси с силовым цилиндром устройства для калибрования внутреннего диаметра обжатого

3. BY 10676 U 2015.06.30
3
конца, на штоке цилиндра которого закреплен соосно с матрицей дорн, а шток цилиндра
устройства для удаления жестко связан со станиной, при этом выталкиватель устройства
для удаления выполнен в виде ступенчатого кольца, закрепленного на передней крышке
силового цилиндра устройства для калибрования, и установлен в опорной втулке кольце-
вой матрицы по скользящей посадке.
Технический результат нового стана для обжима конца толстостенной трубной заго-
товки проявляется в повышении производительности за счет выполнения нагрева и обжи-
ма концевого участка трубной заготовки последовательно с пошаговой подачей трубной
заготовки в индуктор и затем в матрицу и в расширении технологических возможностей
обжима за счет совмещения удаления трубной заготовки из матрицы с калиброванием ее
обжатого конца путем формообразующего дорнования внутреннего диаметра и прямого
выдавливания наружного диаметра.
Для лучшего понимания изобретения его поясняют фигурами:
фиг. 1 - стан для обжима конца толстостенной трубной заготовки: сверху - положение
трубной заготовки в момент нагрева конца трубы, снизу - положение трубной заготовки в
момент окончания обжима конца трубы;
фиг. 2 - стан для обжима конца толстостенной трубной заготовки в момент одновре-
менного удаления трубной заготовки из матрицы и калибрования внутреннего диаметра
обжатого конца формообразующим дорнованием и наружного диаметра прямым выдав-
ливанием;
фиг. 3 - стан для обжима конца толстостенной трубной заготовки в момент оконча-
тельного удаления трубной заготовки с обжатым концом из матрицы.
Стан для обжима конца толстостенной трубной заготовки (фиг. 1) содержит техноло-
гический блок 1, в котором соосно установлены индуктор 2 и матрица 3 с опорной втул-
кой 4; устройство 5 для проталкивания трубной заготовки 6; устройство 7 для калибро-
вания внутреннего диаметра обжатой трубной заготовки 8 и устройство 9 для удаления
обжатой трубной заготовки 8 из матрицы 3.
Устройство 5 для проталкивания трубной заготовки 6 включает силовой цилиндр 10,
на штоке 11 которого установлена ступенчатая насадка 12 для центрирования положения
трубы при ее подаче в индуктор 2 и при последующем проталкивании в матрицу 3.
Устройство 7 для калибрования внутреннего диаметра обжатой трубной заготовки 8
включает силовой цилиндр 13, на штоке 14 которого закреплен дорн 15.
Устройство 9 для удаления обжатой трубной заготовки 8 из матрицы 3 включает си-
ловой цилиндр 16, шток 17 которого жестко связан со станиной стана.
Силовой цилиндр 16 устройства 9 для удаления обжатой трубной заготовки жестко
состыкован на одной оси с силовым цилиндром 13 устройства 7 для калибрования внут-
реннего диаметра обжатого конца. Выталкиватель 18 устройства 9 для удаления выполнен
в виде ступенчатого кольца, закрепленного на передней крышке силового цилиндра 13
устройства 7 для калибрования, и установлен в опорной втулке 4 кольцевой матрицы 3 по
скользящей посадке.
Устройства 5, 7 и 9 установлены соосно с индуктором 2 и матрицей 3 технологическо-
го блока 1.
В исходном положении стана (фиг. 1, сверху) шток 11 с насадкой 12 силового цилинд-
ра 10 устройства 5 для проталкивания трубной заготовки 6 и шток 14 с дорном 15 устрой-
ства 7 для калибрования внутреннего диаметра обжатой трубной заготовки находятся в
своих крайних правых положениях, а выталкиватель 18 устройства 9 для удаления обжа-
той трубной заготовки находится в крайнем левом положении.
Стан для обжима конца толстостенной трубной заготовки работает следующим обра-
зом.
В исходном положении стана (фиг. 1, сверху), когда шток 11 с насадкой 12 силового
цилиндра 10 устройства 5 для проталкивания находится в крайнем правом положении (на

4. BY 10676 U 2015.06.30
4
фигуре показано пунктирной линией) производят загрузку трубной заготовки 6 на прием-
ный рольганг 19 стана для обжима. Включают индукционный нагреватель и стан. Насад-
кой 12 устройства 5 для проталкивания воздействуют на трубную заготовку 6,
осуществляя ее пошаговую подачу в индуктор 2, где нагревают конец трубной заготовки
до заданной температуры.
После нагрева конца трубной заготовки в индукторе 2 индуктор отключают, а заго-
товку проталкивают устройством 5 для проталкивания дальше в матрицу 3 (фиг. 1, снизу)
и обжимают конец трубной заготовки до заданных значений длины и наружного диаметра.
Обжим конца трубной заготовки 8 сопровождается утолщением стенки конца с S0 до S1.
После завершения обжима шток 11 с насадкой 12 силового цилиндра 10 отводят в ис-
ходное положение (фиг. 2), дорн 15 перемещают в направлении калибрования, а выталки-
ватель 18 перемещают в направлении удаления обжатого конца трубной заготовки 8 из
матрицы 3.
К моменту начала удаления трубной заготовки 8 из матрицы 3 и калибрования внут-
реннего и наружного диаметров обжатого конца выталкиватель 18 входит в контакт с об-
жатым концом трубной заготовки 8 (выбирается зазор А между близлежащими торцами
выталкивателя 18 и заготовки 8), а дорн 15 образует очаг деформации с утолщенной стен-
кой внутреннего диаметра в зоне калибрующего пояска "А" матрицы 3.
В дальнейшем удаление трубной заготовки 8 из матрицы 3 совмещают с калибровани-
ем внутреннего и наружного диаметров обжатого конца. Внутренний диаметр обжатого
конца трубной заготовки 8 калибруют путем его формообразующего дорнования в направ-
лении проталкивания с очагом деформации в зоне калибрующего пояска "А" матрицы 3, а
наружный диаметр при этом калибруют путем прямого выдавливания через матрицу 3 и
дорн 15 в направлении, противоположном проталкиванию (в направлении выталкивания).
На завершающей стадии обжима (фиг. 3) трубную заготовку 8 с обжатым концом уда-
ляют из матрицы 3 и снимают с рольганга 19. Дорн 15 устройства 7 для калибрования
внутреннего диаметра обжатой трубной заготовки и выталкиватель 18 устройства 9 для
удаления обжатой трубной заготовки возвращают в исходное положение.
Проводили сравнительные испытания известного и заявленного способов обжима конца
толстостенной трубной заготовки на примере изготовления поковки цапфы ПРТ10.03.807
несущей оси сельскохозяйственной техники из трубной заготовки ∅121×18 мм, длиной
570 мм, сталь 40Х. Обжатый конец трубной заготовки диаметром 87 мм и длиной 170 мм
с учетом переходного конусного участка с углом 30° - 220 мм.
Обжим конца трубной заготовки по известному и предлагаемому способам осуществ-
ляли в два перехода с нагревом конца трубной заготовки до 750 °С. Первый переход - об-
жим с диаметра 121 мм на 101 мм, второй переход - с диаметра 101 мм на 87 мм.
По известному способу обжима нагрев осуществляли в индукционном нагревателе для
нагрева концов трубных заготовок и затем осуществляли обжим нагретого конца заготов-
ки путем проталкивания в матрицу. Замеры внутренних диаметров обжатых концов пока-
зали утолщение стенок концов трубных заготовок за счет уменьшения внутренних
диаметров: на первом переходе на 1,7 мм (внутренний диаметр уменьшился до 61,6 мм),
на втором переходе на 1,4 мм (внутренний диаметр уменьшился до 48,2 мм).
По предлагаемому способу нагрев и обжим концевого участка трубной заготовки в
каждом переходе осуществляли последовательно с пошаговой подачей трубной заготовки
в начале в индуктор и затем после нагрева конца трубной заготовки до требуемой темпе-
ратуры проталкивали трубную заготовку в матрицу.
На первом переходе осуществляли обжим конца трубной заготовки на диаметр 101 мм
(степень деформации при редуцировании 0,17) с последующим калиброванием внутрен-
него и наружного диаметров обжатого конца путем формообразующего дорнования внут-
реннего диаметра с относительным натягом 5,5 % и прямого выдавливания через матрицу
и дорн наружного диаметра.

5. BY 10676 U 2015.06.30
5
Совмещенное с удалением трубной заготовки из матрицы калибрование внутреннего и
наружного диаметров обжатого конца позволило сохранить исходную толщину стенки
обжатого конца трубной заготовки 18 мм и получить экономию металла за счет удлинения
обжатого конца заготовки на 6,7 %.
На втором переходе обжимали конец трубной заготовки с диаметр 101 мм на требуе-
мый диаметр 87 мм (степень деформации 0,17). Формообразующее дорнование внутрен-
него диаметра осуществляли с относительным натягом 5,8 %, что позволило сохранить
исходную толщину стенки 18 мм и получить экономию металла за счет удлинения обжа-
того конца заготовки на 5,3 %.
Как следует из сопоставительного анализа известного и заявленного способов, обжим
конца толстостенной трубной заготовки по новой технологии, при которой нагрев и об-
жим концевого участка трубной заготовки осуществляют последовательно с пошаговой
подачей трубной заготовки в оптимальных температурносиловых режимах, повышает
производительность процесса. Калибрование обжатого конца по внутреннему и наружно-
му диаметрам, совмещенное с удалением трубной заготовки из матрицы, расширяет тех-
нологические возможности за счет повышения качества обработки и экономии металла.
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.