RU2757334C1

RU2757334C1 - Method for producing hollow metal shut-off elements for ball valves

Info

Publication number: RU2757334C1
Application number: RU2021100106A
Authority: RU
Inventors: Василий Александрович Лобов; Евгений Юрьевич Ремшев; Виталий Владимирович Игнатенко; Алексей Иванович Олехвер; Михаил Сергеевич Смаковский; Леонид Николаевич Архипов
Priority date: 2021-01-11
Filing date: 2021-01-11
Publication date: 2021-10-13

Abstract

FIELD: metals processing.

SUBSTANCE: invention relates to the processing of metals by pressure and can be used in the manufacture of hollow spherical plugs of shut-off valves with a through central hole made of corrosion-resistant materials. An outer pipe blank and an inner pipe are installed in a die containing two matrices with a hemispherical working surface and a mandrel. Their coaxial position is ensured by means of four guide rods. Preliminarily, the pipe billet and the inner pipe are turned to obtain an inner chamfer with an angle of 45° on the pipe billet, and an outer chamfer with an angle of 45° on the inner pipe. Deformation is performed by crimping the pipe billet with the formation of a spherical shell from it and with obtaining an interference fit between the abutting edges of the spherical shell and the inner pipe.

EFFECT: quality of the resulting product is increased due to ensuring strict alignment of the spherical shell and the branch pipe with a reliable joint density, which excludes their rotation.

2 cl, 3 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении полых сферических пробок запорной арматуры со сквозным центральным отверстием из коррозионно-стойких материалов условным проходом до DN300 для шаровых кранов, работающих в агрессивных средах, таких как природный газ, нефтепродукты, различные кислоты и другие.The invention relates to the processing of metals by pressure and can be used in the manufacture of hollow spherical plugs of shut-off valves with a through central hole made of corrosion-resistant materials with a nominal diameter of up to DN300 for ball valves operating in aggressive media, such as natural gas, oil products, various acids and others ...

Шаровая пробка включает центральный трубный патрубок, образующий сквозное проходное отверстие, и наружную сферическую оболочку, плотно его охватывающую, что обеспечивает высокую жесткость конструкции при минимальной массе.The ball plug includes a central tube that forms a through bore and an outer spherical shell that tightly encloses it, which ensures high structural rigidity with minimal weight.

Известны способы изготовления подобных пробок обжимом в штампе на оправке из двух соосно расположенных трубных заготовок с диаметром внутренней трубы равным условному проходу. Исходные заготовки могут быть как с фасками (RU 2211106), так и без них (RU 2157290), при этом плоскость стыка заготовок расположена на наружной поверхности шаровой пробки, а малейшая неплотность, вызванная упругой разгрузкой наружной оболочки или в ходе износа изделия, приведет к образованию на внешней сфере острой грани царапающей уплотняющие фторпластовые прокладки.Known methods of manufacturing such plugs by crimping in a stamp on a mandrel from two coaxially located pipe blanks with an inner pipe diameter equal to the nominal bore. The original blanks can be both with chamfers (RU 2211106) and without them (RU 2157290), while the joint plane of the blanks is located on the outer surface of the ball plug, and the slightest leakage caused by elastic unloading of the outer shell or during the wear of the product will lead to the formation of a sharp edge on the outer sphere of the scratching fluoroplastic sealing gaskets.

Для исключения этого недостатка можно использовать сварку нахлесточным соединением наружной оболочки с внутренним патрубком (RU 2157290), однако это приведет к усложнению технологии изготовления, снижению производительности, увеличению припусков на механическую обработку вследствие возможной деформации пробки в сварном соединении.To eliminate this drawback, one can use overlap welding of the outer shell with an inner pipe (RU 2157290), however, this will lead to a complication of the manufacturing technology, a decrease in productivity, and an increase in machining allowances due to possible deformation of the plug in the welded joint.

Ближайшим аналогом к предлагаемому способу является способ изготовления сферической пробки состоящей из наружной оболочки и центрального патрубка диаметром равным условному проходу с внутренним расположением поверхности стыка (ЕР 0156936). При таком способе за первый ход пресса в штампе обжимают во внутрь один конец трубной заготовки придавая ему полусферическую форму с центральным отверстием. Затем на оправку, коаксиально наружной заготовке устанавливают внутреннюю трубу, образующую проходной канал, и за второй ход пресса обжимают другой конец наружной оболочки придавая ему аналогичную полусферическую форму. В результате получается переключающий элемент, в котором края сквозных отверстий наружной оболочки фиксируют внутреннюю трубу в осевом направлении и, благодаря ее сферической форме, также во всех других направлениях.The closest analogue to the proposed method is a method of manufacturing a spherical plug consisting of an outer shell and a central pipe with a diameter equal to the nominal bore with an internal location of the joint surface (EP 0156936). With this method, during the first stroke of the press in the die, one end of the pipe blank is squeezed inward, giving it a hemispherical shape with a central hole. Then, on the mandrel, coaxially to the outer workpiece, an inner pipe is installed, which forms a through channel, and during the second press stroke, the other end of the outer shell is compressed, giving it a similar hemispherical shape. The result is a switching element in which the edges of the through holes of the outer shell fix the inner tube in the axial direction and, due to its spherical shape, also in all other directions.

Существенным недостатком способа является отсутствие элементов фиксирующих наружную трубную заготовку относительно инструмента при обжатии. Если внутренняя труба устанавливается на оправку, то наружная располагается свободно на рабочей полусферической поверхности матрицы. В результате, обеспечить соосность заготовки и инструмента очень сложно, неизбежно появится перекос наружной трубы, что негативно скажется на точности геометрических размеров пробки вплоть до возможного появления брака еще на стадии изготовления. Также в качестве недостатков можно отметить необходимость двух ходов пресса для изготовления пробки и невысокую плотность стыка в соединении из-за отсутствия соосности и упругой разгрузки заготовки после деформации. Как следствие, внутренняя труба будет проворачиваться относительно наружной заготовки, что не позволит базировать изделие по проходному отверстию при полировке.A significant disadvantage of this method is the lack of elements fixing the outer tubular blank relative to the tool during compression. If the inner tube is installed on a mandrel, then the outer tube is located freely on the working hemispherical surface of the matrix. As a result, it is very difficult to ensure the alignment of the workpiece and the tool; a distortion of the outer tube will inevitably appear, which will negatively affect the accuracy of the geometric dimensions of the plug, up to the possible appearance of rejects at the manufacturing stage. Also, as disadvantages, we can note the need for two strokes of the press for the manufacture of the plug and the low density of the joint in the joint due to the lack of alignment and elastic unloading of the workpiece after deformation. As a consequence, the inner tube will rotate relative to the outer workpiece, which will not allow the product to be based on the through hole during polishing.

Задачей заявляемого технического решения является разработка технологии, обеспечивающей изготовление сферических пробок запорной арматуры условного диаметра до DN300 из коррозионно-стойких материалов за один ход пресса и отвечающих требованиям высокого качества, а именно имеющих высокую соосность внутреннего цилиндрического канала и наружной сферической оболочки при обеспечении надежной плотности стыка исключающей повороты оболочки относительно внутреннего патрубка, тем самым устраняя недостатки характерные для прототипа.The objective of the proposed technical solution is to develop a technology that ensures the manufacture of spherical plugs of shut-off valves with a nominal diameter of up to DN300 from corrosion-resistant materials in one press stroke and meeting high quality requirements, namely, having a high coaxiality of the inner cylindrical channel and the outer spherical shell while ensuring reliable joint density eliminating the turns of the shell relative to the inner pipe, thereby eliminating the disadvantages characteristic of the prototype.

Поставленная задача решена применением для изготовления шаровой пробки двух трубных заготовок из коррозионно-стойких материалов, с предварительно обточенными наружными фасками под углом 45° для внутреннего патрубка и внутренними фасками под тем же углом для наружной оболочки, установленных на четыре симметрично расположенных в прессе стержнях путем их обжима в штампе двумя полусферическими матрицами вокруг центральной оправки за один ход пресса.The problem is solved by using two pipe blanks made of corrosion-resistant materials for the manufacture of a ball plug, with pre-machined external chamfers at an angle of 45 ° for the inner pipe and internal chamfers at the same angle for the outer shell, installed on four rods symmetrically located in the press by their crimping in a die with two hemispherical dies around the central mandrel in one press stroke.

Благодаря заявленному способу достигнут результат получения шаровой пробки с центральным каналом равным по диаметру условному проходу за один ход пресса при внутреннем расположении плоскости соприкосновения оболочки и патрубка с обеспечением их строгой соосности и высокой плотности стыка исключающей провороты без дополнительных сварных операций.Thanks to the claimed method, the result of obtaining a ball plug with a central channel equal in diameter to the nominal bore in one press stroke was achieved with the internal location of the contact plane of the shell and the nozzle, ensuring their strict alignment and high joint density excluding rotation without additional welding operations.

Предлагаемый способ поясняется чертежами, где фиг. 1 - геометрия исходной заготовки наружной оболочки, фиг. 2 - геометрия исходной заготовки внутреннего патрубка, фиг. 3 - схема обжима заготовок в готовую сферическую пробку.The proposed method is illustrated by drawings, where FIG. 1 - the geometry of the original blank of the outer shell, Fig. 2 - the geometry of the original blank of the inner pipe, Fig. 3 is a diagram of the crimping of blanks into a finished spherical plug.

Способ изготовления полых сферических пробок запорной арматуры со сквозным центральным отверстием осуществляется следующим образом. Отрезают две трубные заготовки из коррозионно-стойких материалов например стали 12Х18Н10Т или бронзы БрАЖНМц 9-4-4-1, диаметром D_о, толщиной стенки S_о, высотой L_о для наружной оболочки (фиг. 1) и диаметром D_п, толщиной стенки S_п, высотой L_п для внутреннего патрубка (фиг. 2). Размеры наружной трубы выбирают исходя из условия равенства объемов заготовки и оболочки с учетом припуска на полировку сферы. Длину внутренней заготовки, для обеспечения необходимой плотности соединения, выбирают по условиюThe method of manufacturing hollow spherical plug valves with a through central hole is carried out as follows. Two pipe blanks are cut from corrosion-resistant materials for example steel 12X18H10T or bronze BraZHNMts 9-4-4-1, diameter D _o , wall thickness S _o , height L _o for the outer shell (Fig. 1) and diameter D _p , wall thickness S _p , height L _p for the inner pipe (Fig. 2). The dimensions of the outer pipe are selected based on the condition of equality of the volumes of the workpiece and the shell, taking into account the allowance for polishing the sphere. The length of the inner workpiece, to ensure the required density of the connection, is selected according to the condition

L_п=H_пр-2S₀+(0,05…0,1)S₀,L _p = H _pr -2S ₀ + (0.05 ... 0.1) S ₀ ,

Н_пр - расстояние между отверстиями в готовой пробке;H _CR - the distance between the holes in the finished plug;

S₀ - толщина стенки заготовки сферической оболочки.S ₀ - wall thickness of the spherical shell blank.

Заготовку оболочки устанавливают на четыре симметрично расположенных стержня, а заготовку патрубка центрируют по внутренней оправке, тем самым обеспечивая строго соосное расположение двух заготовок перед формоизменением и осуществляя деформацию за один ход пресса.The shell blank is installed on four symmetrically located rods, and the tube blank is centered on the inner mandrel, thereby ensuring a strictly coaxial position of the two blanks before shaping and deforming in one press stroke.

Для заготовки патрубка внутренний диаметр равен диаметру оправки и соответствует условному проходу готового изделия, а длину заготовки определяют исходя из расстояния между отверстиями готового изделия и толщины стенок оболочки с учетом небольшого натяга. Наружная заготовка устанавливается на четыре симметрично расположенных стержня проходящих через нижнюю матрицу, обеспечивая высокую соосность заготовки и инструмента. При опускании верхней матрицы стержни уходят вниз не препятствуя формоизменению, а наружная заготовка деформируясь в сферическую оболочку за счет фасок своим торцом приподнимает внутреннюю трубу расположенную на оправке и в конечной стадии обжима плотно прилегает к ней зажимая патрубок с двух сторон.For the tube blank, the inner diameter is equal to the mandrel diameter and corresponds to the nominal bore of the finished product, and the blank length is determined based on the distance between the holes of the finished product and the wall thickness of the shell, taking into account a small interference fit. The outer workpiece is mounted on four symmetrically positioned rods passing through the bottom die, ensuring high alignment between the workpiece and the tool. When the upper die is lowered, the rods go down without interfering with the shape change, and the outer workpiece, deforming into a spherical shell due to the chamfers, raises the inner pipe located on the mandrel with its end and at the final stage of crimping it tightly adheres to it, clamping the pipe from both sides.

Натяг в соединении должен быть достаточным для обеспечения плотности стыка и в тоже время не приводить к деформации внутреннего патрубка. Дополнительно увеличить плотность соединения можно накаткой на фаске внутреннего патрубка неглубоких рифлей деформирующихся при формоизменении сферической пробки.The tension in the joint must be sufficient to ensure the tightness of the joint and at the same time not lead to deformation of the inner pipe. In addition, the density of the joint can be increased by knurling shallow grooves on the chamfer of the inner pipe, which are deformed when the spherical plug is changed.

На заготовке оболочки обтачивают внутреннюю фаску под углом 45°, а на заготовке патрубка - наружную, под тем же углом. Размеры фасок F_о и F_п равны или чуть меньше толщин заготовок S_о и S_п (фиг. 1, 2). Для изготовления сферической пробки используют штамп (фиг. 3) состоящий из верхней 1 и нижней 6 матриц с полусферическими рабочими полостями, оправки 2, установленной в нижней матрице, на которую устанавливают заготовку 4 для патрубка и направляющих стержней 7, закрепленных на траверсе 8, связанной двумя тягами 5 с верхней матрицей на которые устанавливают заготовку 3 для оболочки, как показано на фиг. 3.An internal chamfer is turned on the shell blank at an angle of 45 °, and on the tube blank - an outer chamfer at the same angle. The dimensions of the chamfers F _o and F _p are equal to or slightly less than the thicknesses of the blanks S _o and S _p (Fig. 1, 2). For the manufacture of a spherical plug, a stamp is used (Fig. 3) consisting of an upper 1 and 6 lower matrices with hemispherical working cavities, a mandrel 2 installed in the lower matrix, on which a blank 4 for a branch pipe and guide rods 7 are installed, fixed on a traverse 8, connected two rods 5 with an upper matrix on which the blank 3 for the shell is installed, as shown in FIG. 3.

При силовом смыкании матриц наружная трубная заготовка, радиусом меньше, чем у готовой пробки R_пр, принимает сферическую форму вокруг внутреннего патрубка и в процессе формоизменения нижним торцом приподнимает внутреннюю трубную заготовку до момента плотного стыка с оправкой, а другим торцом одновременно зажимает патрубок сверху с небольшим натягом, как показано на фиг. 3.When the dies are forcibly closed, the outer pipe billet, with a radius less than that of the finished plug R _pr , takes a spherical shape around the inner pipe and, in the process of shaping, the lower end raises the inner pipe billet to the moment of a tight joint with the mandrel, and with the other end simultaneously clamps the pipe from above with a small interference as shown in FIG. 3.

Конкретный пример реализации способа осуществлен на гидравлическом прессе ПО-54 для шаровой пробки из стали 12Х18Н10Т с условным проходом DN100, наружным диаметром сферы 165 мм расстоянием между отверстиями 128 мм и толщиной стенки оболочки 6 мм. Заготовка для оболочки имеет диаметр 150 мм, толщину стенки с учетом припуска на окончательную обработку 7 мм, и длину 150 мм, а для патрубка - диаметр 110 мм, толщину стенки 5 мм и длину определенную по предложенной зависимости 128-2⋅6+0,1⋅6=116,6 мм. На торцах заготовки оболочки были выполнены внутренние фаски 6×45°, а на торцах заготовки патрубка - наружные 5×45°. Штамп имел рабочий диаметр матриц 166 мм и оправку диаметром 100 мм. Для штамповки за один ход потребовалось усилие 7 МН, а штампованные полуфабрикаты имели отклонение по наружному диаметру до 0,20…0,60 мм, а по проходному отверстию до 0,15…0,25 мм, что позволило использовать проходное отверстие в качестве установочной базы при дальнейшей обработке изделия, при этом гарантированный натяг оболочки на внутренний патрубок исключил провороты при фрезеровании паза и шлифовании сферической поверхности.A specific example of the implementation of the method was carried out on a PO-54 hydraulic press for a ball plug made of steel 12X18H10T with a nominal bore DN100, an outer diameter of a sphere of 165 mm, a distance between holes of 128 mm and a shell wall thickness of 6 mm. The blank for the shell has a diameter of 150 mm, a wall thickness with allowance for finishing, 7 mm, and a length of 150 mm, and for a branch pipe - a diameter of 110 mm, a wall thickness of 5 mm and a length determined according to the proposed relationship 128-2 - 6 + 0, 1⋅6 = 116.6 mm. At the ends of the shell blank, internal chamfers of 6 × 45 ° were made, and at the ends of the pipe blank - external 5 × 45 °. The stamp had a working diameter of the dies of 166 mm and a mandrel with a diameter of 100 mm. For punching in one stroke, a force of 7 MN was required, and forged semi-finished products had a deviation in the outer diameter of up to 0.20 ... 0.60 mm, and along the through hole up to 0.15 ... 0.25 mm, which made it possible to use the through hole as an installation base during further processing of the product, while the guaranteed tightness of the shell on the inner pipe eliminated turns when milling a groove and grinding a spherical surface.

Полые сферические пробки запорной арматуры из коррозионно-стойких материалов других типоразмеров до DN300 включительно изготавливают аналогичным образом.Hollow spherical plugs of valves made of corrosion-resistant materials of other standard sizes up to and including DN300 are manufactured in the same way.

Таким образом, предложенное в заявляемом способе техническое решение - модификации штампа дополнительными штырями, для идеальной стыковки трубных заготовок, обеспечивает изготовление сферических запорных элементов высокого качества и упрощении технологии изготовления.Thus, the technical solution proposed in the inventive method - modifying the stamp with additional pins, for ideal joining of pipe blanks, ensures the manufacture of high quality spherical locking elements and simplifies the manufacturing technology.

Claims

1. A method of manufacturing a hollow metal shut-off element for a ball valve, including the installation of an outer tubular billet and an inner pipe in a stamp containing two matrices with a hemispherical working surface and a mandrel for centering the inner pipe, and deformation by crimping the outer pipe billet with the formation of a spherical shell from it with by obtaining an interference fit between the abutting edges of the spherical shell and the inner pipe forming a through hole of the hollow closure element, characterized in that the outer pipe billet and the inner pipe are previously ground to obtain an inner chamfer with an angle of 45 ° on the outer pipe billet, and an outer chamfer on the inner pipe with an angle of 45 °, while using an inner pipe length L _p , which is determined from the condition

L _p = H _pr -2S ₀ + (0.05 ... 0.1) S ₀ ,

where H _pr is the height of the finished product;

S ₀ - wall thickness of the spherical shell blank,

and provide coaxial positioning of the outer tubular billet and the inner pipe in the die by means of four guide rods placed in the die with the possibility of mounting the outer tubular billet on them and moving when it is deformed by crimping, which is carried out in one press stroke.

2. The method according to claim 1, characterized in that grooves with a depth of not more than 1 mm are applied to the chamfers of the outer tubular billet and the inner pipe.