PL223903B1 - Sposób i urządzenie do wytwarzania grubościennych trójników rurowych - Google Patents

Abstract

Sposób wytwarzania grubościennych trójników rurowych polega na tym, że materiał wyjściowy w postaci odcinka walca dociskanego pionowym stemplem i matrycą górną do matrycy dolnej, w pierwszej fazie procesu poddaje się spęczaniu a następnie przeciwbieżnemu względem ruchu stempli wyciskaniu bocznemu, za pomocą czołowo wyprofilowanych promieniem stempli kształtująco-oporowych z pochyleniem kuźniczym na ich obwodowej powierzchni. Również sposób wytwarzania grubościennych trójników rurowych polega na tym, że materiał wyjściowy w postaci odcinka rury grubościennej dociskanej pionowym stemplem i matrycą górną do matrycy dolnej, wypełnia się poziomym stemplem walcowym o średnicy odpowiadającej średnicy otworu trójnika i o długości większej od jego długości, połączonym współosiowo z poziomym stemplem rurowym o pierścieniowej powierzchni oporowej, a następnie tak unieruchomiony odcinek rury grubościennej poddaje się kolejno spęczaniu i przeciwbieżnemu względem ruchu stempla wyciskaniu bocznemu, za pomocą czołowo wyprofilowanego promieniem pionowego stempla kształtująco-oporowego z pochyleniem kuźniczym na jego obwodowej powierzchni. Urządzenie do wytwarzania grubościennych trójników rurowych według pierwszej odmiany wynalazku, zawierające matrycę z wykrojem odwzorowującym kształt trójnika oraz współpracujące z matrycą stemple osadzone w gniazdach suwaków prasy hydraulicznej pionowo-poziomej, z których dwa stemple są poziome a jeden pionowy, charakteryzuje się tym, że stemplami osadzonymi w gniazdach suwaków prasy hydraulicznej pionowo-poziomej są stemple kształtująco-oporowe (3, 4) czołowo wyprofilowane promieniem i mające pochylenie kuźnicze na ich obwodowej powierzchni. Według drugiej odmiany wynalazku urządzenie do wytwarzania grubościennych trójników rurowych charakteryzuje się tym, że stemplami osadzonymi w gniazdach suwaków prasy hydraulicznej pionowo-poziomej są: stempel poziomy walcowy o średnicy odpowiadającej średnicy otworu trójnika i o długości większej od jego długości, połączony współosiowo z poziomym stemplem rurowym o pierścieniowej powierzchni oporowej oraz pionowy stempel kształtująco-oporowy (4) czołowo wyprofilowany promieniem i mający pochylenie kuźnicze na jego obwodowej powierzchni.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do wytwarzania grubościennych trójników rurowych z materiału metalicznego, przeznaczonych do połączeń w rurociągach energetycznych pary wodnej, wody, gazu i innych czynników obojętnych, a także w gazownictwie, energetyce jądrowej, w przemyśle naftowym, chemicznym i innych gałęziach przemysłu. Szczególnie wskazane jest zastosowanie tych trójników w przemyśle gazowym oraz energetyce jądrowej z uwagi na zagwarantowanie wysokiego stopnia bezpieczeństwa.

Znany jest sposób wykonywania trójników rurowych metalowych, który polega na tradycyjnym kuciu matrycowym odkuwek trójników na młotach lub prasach kuźniczych w matrycach otwartych. Materiał wyjściowy w postaci pełnego walca nagrzewa się do odpowiedniej dla danego materiału temperatury odkształcenia plastycznego, układa się go w wykroju matrycy i kilkoma uderzeniami młota lub prasy kuźniczej kształtuje się odkuwkę trójnika. Następnie okrawa się wypływkę powstającą w procesie kucia i na obrabiarkach do obróbki skrawaniem wierci się lub wytacza otwory trójnika. W tym zn anym procesie masa materiału wyjściowego musi być powiększona o wskaźnik 1,23. Z uwagi na rodzaj procesu kształtowania, odkuwki muszą posiadać pochylenia kuźnicze i są pełne w swej objętości. Wykazują wagę o około 50-60% większą, niż w przypadku stosowania innych metod kształtowania trójników.

Z opisu patentowego nr JP S57159217 znany jest sposób wykonywania trójników polegający na kształtowaniu odpowiedniej wielkości zowalizowanej cienkościennej rury z wyciętym w środkowej części otworem. Proces jest prowadzony na prasie hydraulicznej pionowo-poziomej, w odpowiedniej temperaturze przy użyciu wyrzutnika dolnego prasy, który przemieszczając się w dół prasy rozkalibrowuje otwór w rurze, po czym następuje wyciągnięcie szyjki trójnika po dwóch lub więcej operacjach.

Z opisu patentowego CN 102240700 oraz US 6029487 znany jest ponadto sposób wytwarzania trójników rurowych, określany nazwą „hydroformingu”. Ten znany sposób polega na tym, że odcinek cienkościennej rury ze stali nierdzewnej, który owija się uprzednio warstwą folii z tworzywa sztucznego, poddaje się formowaniu przez wytłaczanie materiału do otworu matrycy przy użyciu emulsji olejowo-wodnej, tak aby otrzymać półprodukt trójdrożnego złącza rurowego. Warstwa folii z tworzywa sztucznego spełnia rolę środka smarnego, chroni powierzchnię trójnika przed powstawaniem wad oraz pozwala uzyskać jej dużą gładkość. Ten znany sposób jest prowadzony na prasie hydraulicznej pionowo-poziomej, jednoetapowo w matrycy zamkniętej, przy użyciu trzech stempli oporowych. Podczas procesu hydr oformowania trójnika środkiem kształtującym jest najczęściej emulsja olejowo-wodna, działająca pod bardzo wysokim ciśnieniem na wewnętrzną powierzchnię odcinka rurowego umieszczonego w matrycy. Trójnik jest kształtowany pomiędzy trzema stemplami oporowymi, utrzymującymi założony technologicznie wymiar trójnika, gdzie zachodzi promieniowe rozszerzanie materiału w kierunku współbieżnym z kierunkiem działania środka kształtującego.

Znane dotychczas sposoby wytwarzania metalowych trójników rurowych mają zastosowanie do kształtowania na zimno lub na gorąco, w jednym lub kilku etapach procesu, cienkościennych trójdrożnych łączników rurowych. Materiałem wyjściowym do ich kształtowania są odcinki rur o odpowiedniej wielkości, umieszczone w trójdrożnym wykroju matrycy. Kształtowane trójniki są wytłaczane w granicach wymiarowych wyznaczanych przez stemple oporowe osadzone w gniazdach suwaków prasy. W końcowej fazie procesu wymagają obcięcia ich czołowych powierzchni lub wypływek. Znane proc esy wytwarzania trójników rurowych są prowadzone na pionowo-poziomych prasach hydraulicznych pozwalających na uzyskanie wymaganych, dużych sił nacisku.

Sposób wytwarzania grubościennych trójników rurowych według wynalazku, w którym materiał wyjściowy nagrzewa się do temperatury odkształcenia plastycznego ustalonej dla danego gatunku materiału, umieszcza się poziomo w środkowej części wykroju matrycy odwzorowującym główną część rurową trójnika i poddaje się działaniu dwóch przeciwbieżnych stempli poziomych i jednego stempla pionowego - osadzonych w gniazdach suwaków hydraulicznej prasy pionowo-poziomej, charakteryzuje się tym, że materiał wyjściowy w postaci odcinka walca dociskanego pionowym stemplem i matrycą górną do matrycy dolnej, w pierwszej fazie procesu poddaje się spęczaniu a następnie przeciwbieżnemu względem ruchu stempli wyciskaniu bocznemu, za pomocą czołowo wyprofilowanych promieniem stempli kształtująco-oporowych z pochyleniem kuźniczym na ich obwodowej powierzchni.

Również według wynalazku sposób wytwarzania grubościennych trójników rurowych polega na tym, że materiał wyjściowy w postaci odcinka rury grubościennej dociskanej pionowym stemplem i matrycą górną do matrycy dolnej, wypełnia się poziomym stemplem walcowym o średnicy odpowiadającej

PL 223 903 B1 średnicy otworu trójnika i o długości większej od jego długości, połączonym współosiowo z poziomym stemplem rurowym o pierścieniowej powierzchni oporowej a następnie tak unieruchomiony odcinek rury grubościennej poddaje się kolejno spęczaniu i przeciwbieżnemu względem ruchu stempla wyciskaniu bocznemu, za pomocą czołowo wyprofilowanego promieniem pionowego stempla kształtująco-oporowego z pochyleniem kuźniczym na jego obwodowej powierzchni.

Urządzenie do wytwarzania grubościennych trójników rurowych według wynalazku, zawierające matrycę z wykrojem odwzorowującym kształt trójnika oraz współpracujące z matrycą stemple osadzone w gniazdach suwaków prasy hydraulicznej pionowo-poziomej, z których dwa stemple są poziome a jeden pionowy, charakteryzuje się tym, że stemplami osadzonymi w gniazdach suwaków prasy h ydraulicznej pionowo-poziomej są stemple kształtująco-oporowe czołowo wyprofilowane promieniem i mające pochylenie kuźnicze na ich obwodowej powierzchni, przy czym pionowy stempel kształtująco-oporowy jest wyposażony w wyrzutnik górny prasy.

Również według wynalazku urządzenie do wytwarzania grubościennych trójników rurowych charakteryzuje się tym, że stemplami osadzonymi w gniazdach suwaków prasy hydraulicznej pionowo-poziomej są: stempel poziomy walcowy o średnicy odpowiadającej średnicy otworu trójnika i o długości większej od jego długości, połączony współosiowo z poziomym stemplem rurowym o pierścieniowej powierzchni oporowej oraz pionowy stempel kształtująco-oporowy czołowo wyprofilowany promieniem i mający pochylenie kuźnicze na jego obwodowej powierzchni, wyposażony w wyrzutnik górny prasy.

Rozwiązanie według wynalazku umożliwia kształtowanie trójników rurowych grubościennych o bardzo dużej wytrzymałości na działanie wysokiego ciśnienia. Pozwala na uzyskanie zdecydowanie lepszych niż dotychczas własności mechanicznych wynikających z bezwypływkowego kucia oraz w ystąpienia bardzo korzystnego przebiegu układu włókien dzięki operacjom spęczania i przeciwbieżnego wyciskania materiału „uwięzionego” pomiędzy stemplami. Ma to kolosalne znaczenie w warunkach zastosowania i bezpieczeństwa instalacji przesyłowych wysokociśnieniowych. Dlatego szczególnie wskazane jest zastosowanie trójników według wynalazku w przemyśle gazowym oraz energetyce jądrowej z uwagi na zagwarantowanie wysokiego stopnia bezpieczeństwa. Ponadto do zalet rozwiązania według wynalazku należą także: zmniejszenie materiałochłonności o ponad 50%, masy wytworzonego produktu o ponad 30% oraz zmniejszenie pracochłonności i czasochłonności wynikające ze znacznie mniejszego niż dotychczas udziału obróbki skrawaniem.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny urządzenia do wytwarzania grubościennych trójników rurowych w pierwszej odmianie wynalazku a fig. 2 - urządzenie do wytwarzania grubościennych trójników rurowych w drugiej odmianie wynalazku.

Jak pokazano na rysunku fig. 1, urządzenie do wytwarzania grubościennych trójników rurowych, kształtowanych z odcinków walca, według pierwszej odmiany wynalazku składa się z matryc: dolnej 1 i matrycy górnej 2 dociskowej, umieszczonych w przestrzeni roboczej prasy hydraulicznej pionowo-poziomej, posiadających wykroje odwzorowujące kształt i wymiary wykonywanych trójników. Z matrycami dolną 1 i górną 2 współpracują trzy stemple kształtująco-oporowe, dwa stemple poziome 3 oraz jeden stempel pionowy 4, czołowo wyprofilowane promieniem i mające pochylenie kuźnicze na ich obwodowej powierzchni. Stemple poziome 3, osadzone w gniazdach suwaków 5 prasy, są przemieszczane w ich ruchu roboczym w przeciwległych kierunkach a stempel pionowy 4, osadzony w gnieździe suwaka 6 prasy i wyposażony w wyrzutnik górny 7, jest przemieszczany w kierunku prostopadłym do osi wzdłużnej poziomych stempli 3. Wyrzutnik górny 7 pozwala na efektywne usunięcie gotowego trójnika z wykroju matrycy górnej 2. Wielkości wymiarowe stempli kształtująco-oporowych 3, 4 są uzależnione od rodzaju materiału wsadowego użytego do kształtowania oraz temperatury nagrzanego wsadu. Duży wpływ na prawidłowy przebieg procesu kształtowania mają promienie zaokrągleń stempli 3, 4 oraz ich pochylenia kuźnicze. Poziome stemple 3 przemieszczają się z dużą siłą do konstrukcyjnego oporu, co gwarantuje pełne wypełnienie wykroju trójnika. W czasie procesu kształtow ania istnieje możliwość programowania wielkości energii odkształcenia, niezbędnej do zabezpieczenia jakościowo poprawnych kształtów wytwarzanych trójników.

Jak pokazano na rysunku fig. 2, urządzenie do wytwarzania grubościennych trójników rurowych, wytwarzanych z odcinków rur grubościennych, według drugiej odmiany wynalazku składa się z matryc: dolnej 1 i matrycy górnej 2 dociskowej, umieszczonych w przestrzeni roboczej prasy hydraulicznej pionowo-poziomej, posiadających wykroje odwzorowujące kształt i wymiary wykonywanych trójników. Z matrycami: dolną 1 i górną 2 współpracują trzy stemple (3', 3”, 4), osadzone w gniazdach

PL 223 903 B1 suwaków (5, 6) prasy hydraulicznej pionowo-poziomej. Stempel poziomy walcowy (3'), o średnicy odpowiadającej średnicy otworu trójnika i o długości większej od jego długości, jest połączony współ osiowo z poziomym stemplem rurowym (3”) o pierścieniowej powierzchni oporowej a pionowy stempel kształtująco-oporowy (4) jest czołowo wyprofilowany promieniem, ma pochylenie kuźnicze na jego obwodowej powierzchni i jest wyposażony w wyrzutnik górny (7) prasy. Dwa poziome stemple, lewy 3' i prawy 3”, są przemieszczane w ich ruchu roboczym w przeciwległych kierunkach a pionowy stempel kształtująco-oporowy 4 jest przemieszczany w kierunku prostopadłym do osi wzdłużnej poziomych stempli 3', 3”. Przemieszczanie poziomych stempli 3', 3” odbywa się za pomocą hydraulicznych suwaków 5, 6 prasy pionowo-poziomej: dwóch poziomych, bocznych 5 i pionowego górnego 6 z wyrzutnikiem górnym 7 pozwalającym na efektywne usunięcie gotowego trójnika z wykroju górnej matrycy 2. W czasie procesu kształtowania istnieje możliwość programowania wielkości energii odkształcenia niezbędnej do zabezpieczenia jakościowo poprawnych kształtów wytwarzanych trójników. Wielkości wymiarowe stempli 3', 3”, 4 są uzależnione od rodzaju materiału wsadowego użytego do kształtowania oraz temperatury nagrzanego wsadu. Duży wpływ na prawidłowy przebieg procesu kształtowania ma promień zaokrąglenia stempla kształtująco-oporowego 4 oraz jego pochylenie kuźnicze. Poziome stemple 3', 3” przemieszczają się z dużą siłą do konstrukcyjnego oporu, co gwarantuje pełne wypełnienie wykroju trójnika.

Sposób wytwarzania grubościennych trójników rurowych za pomocą urządzenia według pierwszej odmiany wynalazku polega na tym, że na hydraulicznej prasie poziomo-pionowej instaluje się matrycę dolną 1 oraz matrycę górną 2 do suwaka górnego 6 prasy. Następnie w suwakach bocznych 5 prasy montuje się za pomocą pierścieniowych elementów poziome stemple kształtująco-oporowe 3, zaś w suwaku górnym 6 jest osadzony wraz z matryca górną 2 pionowy stempel kształtująco-oporowy 4. W przestrzeń roboczą matryc 1,2 symetrycznie do pionowej osi górnego suwaka 6 prasy, umieszcza się odcinek metalowego walca, uprzednio nagrzanego do temperatury odkształcenia plastycznego ustalonej dla danego gatunku materiału, po czym następuje ruch pionowy matrycy dociskowej górnej 2 do matrycy dolnej 1. W pierwszej fazie procesu dociskany odcinek walca poddaje się spęczaniu a następnie przeciwbieżnemu względem ruchu stempli wyciskaniu bocznemu, za pomocą czołowo wyprofilowanych promieniem stempli kształtująco-oporowych 3, 4 z pochyleniem kuźniczym na ich obwodowej powierzchni. Siła docisku pionowego stempla kształtująco-oporowego 4 ma taką wartość, że jest zdolna przeciwstawić się sumie sił pochodzących od działania poziomych stempli kształtującooporowych i sił reakcji kształtowanego materiału. W kolejnej fazie procesu następuje odejście suwaka górnego 6 z matrycą górną dociskową 2 w górne położenie a suwaki boczne z poziomymi stemplami 3 wycofują się w położenie wyjściowe. Ukształtowany trójnik usuwa się następnie z wykroju górnej matrycy 2 za pomocą wyrzutnika górnego 7 prasy i na obrabiarkach do obróbki skrawaniem wykonuje się wiercenie lub wytaczanie otworów.

Sposób wytwarzania grubościennych trójników rurowych za pomocą urządzenia według drugiej odmiany wynalazku polega na tym, że na hydraulicznej prasie poziomo-pionowej instaluje się matrycę dolną 1 oraz matrycę górną 2 do suwaka górnego 6 prasy. Następnie w suwakach bocznych 5 prasy montuje się za pomocą pierścieniowych elementów poziome stemple: walcowy 3' i rurowy 3”, zaś w suwaku górnym 6 jest osadzony wraz z matryca górną 2 pionowy stempel kształtująco-oporowy 4. W przestrzeń roboczą matryc 1,2 symetrycznie do pionowej osi górnego suwaka 6 prasy, umieszcza się odcinek metalowej grubościennej rury, uprzednio nagrzanej do temperatury odkształcenia plastycznego ustalonej dla danego gatunku materiału, po czym następuje ruch pionowy matrycy doc iskowej górnej 2 do matrycy dolnej 1. Następnie odcinek rury grubościennej wypełnia się poziomym stemplem walcowym 3' o średnicy odpowiadającej średnicy otworu trójnika i o długości większej od jego długości, połączonym współosiowo z poziomym stemplem rurowym 3” o pierścieniowej powierzchni oporowej. Tak unieruchomiony odcinek rury grubościennej poddaje się kolejno spęczaniu i przeciwbieżnemu względem ruchu stempla wyciskaniu bocznemu, za pomocą czołowo wyprofilowanego promieniem pionowego stempla kształtująco-oporowego 4 z pochyleniem kuźniczym na jego obwodowej powierzchni. Siła docisku pionowego stempla kształtująco-oporowego 4 ma taką wartość, że jest zdolna przeciwstawić się sumie sił pochodzących od działania poziomych stempli kształtująco-oporowych i sił reakcji kształtowanego materiału. W kolejnej fazie procesu następuje odejście suwaka górnego 6 z matrycą górną dociskową 2 w górne położenie a suwaki boczne 5 z poziomymi stemplami 3', 3” wycofują się w położenie wyjściowe. Ukształtowany trójnik usuwa się następnie z wykroju górnej m atrycy 2 za pomocą wyrzutnika górnego 7 i na obrabiarkach do obróbki skrawaniem wykonuje się wiercenie lub wytaczanie otworu.

Claims (6)

1. Sposób wytwarzania grubościennych trójników rurowych, w którym materiał wyjściowy nagrzewa się do temperatury odkształcenia plastycznego ustalonej dla danego gatunku materiału, umieszcza się poziomo w środkowej części wykroju matrycy odwzorowującym główną część rurową trójnika i poddaje się działaniu dwóch przeciwbieżnych stempli poziomych i jednego stempla pionowego - osadzonych w gniazdach suwaków hydraulicznej prasy pionowo-poziomej, znamienny tym, że materiał wyjściowy w postaci odcinka walca dociskanego pionowym stemplem i matrycą górną do matrycy dolnej, w pierwszej fazie procesu poddaje się spęczaniu a następnie przeciwbieżnemu względem ruchu stempli wyciskaniu bocznemu, za pomocą czołowo wyprofilowanych promieniem stempli kształtująco-oporowych z pochyleniem kuźniczym na ich obwodowej powierzchni.

2. Sposób wytwarzania grubościennych trójników rurowych, w którym materiał wyjściowy nagrzewa się do temperatury odkształcenia plastycznego ustalonej dla danego gatunku materiału, umieszcza się poziomo w wykroju matrycy odwzorowującym główną część rurową trójnika i poddaje się działaniu dwóch przeciwbieżnych stempli poziomych i jednego stempla pionowego - osadzonych w gniazdach suwaków hydraulicznej prasy pionowo-poziomej, znamienny tym, że materiał wyjściowy w postaci odcinka rury grubościennej dociskanej pionowym stemplem i matrycą górną do matrycy dolnej, wypełnia się poziomym stemplem walcowym o średnicy odpowiadającej średnicy otworu trójnika i o długości większej od jego długości, połączonym współosiowo z poziomym stemplem rurowym o pierścieniowej powierzchni oporowej, a następnie tak unieruchomiony odcinek rury grubościennej poddaje się kolejno spęczaniu i przeciwbieżnemu względem ruchu stempla wyciskaniu bocznemu, za pomocą czołowo wyprofilowanego promieniem pionowego stempla kształtująco-oporowego z pochyleniem kuźniczym na jego obwodowej powierzchni.

3. Urządzenie do wytwarzania grubościennych trójników rurowych, zawierające matrycę z wykrojem odwzorowującym kształt trójnika oraz współpracujące z matrycą stemple osadzone w gniazdach suwaków prasy hydraulicznej pionowo-poziomej, z których dwa stemple są poziome a jeden pionowy, znamienne tym, że stemplami osadzonymi w gniazdach suwaków prasy hydraulicznej pionowo-poziomej są stemple kształtująco-oporowe (3, 4) czołowo wyprofilowane promieniem i mające pochylenie kuźnicze na ich obwodowej powierzchni.

4. Urządzenia według zastrz. 3, znamienne tym, że pionowy stempel kształtująco-oporowy (4) jest wyposażony w wyrzutnik górny (7) prasy.

5. Urządzenie do wytwarzania grubościennych trójników rurowych, zawierające matrycę z w ykrojem odwzorowującym kształt trójnika oraz współpracujące z matrycą stemple osadzone w gniazdach suwaków prasy hydraulicznej pionowo-poziomej, z których dwa stemple są poziome i jeden pionowy, znamienne tym, że stemplami osadzonymi w gniazdach suwaków prasy hydraulicznej pionowo-poziomej są: stempel poziomy walcowy (3') o średnicy odpowiadającej średnicy otworu trójnika i o długości większej od jego długości, połączony współosiowo z poziomym stemplem rurowym (3”) o pierścieniowej powierzchni oporowej oraz pionowy stempel kształtująco-oporowy (4) czołowo wyprofilowały promieniem i mający pochylenie kuźnicze na jego obwodowej powierzchni.

6. Urządzenia według zastrz. 5, znamienne tym, że pionowy stempel kształtująco-oporowy (4) jest wyposażony w wyrzutnik górny (7) prasy.