Как сделать сильфон своими руками
Способ изготовления сильфона
Владельцы патента RU 2316404:
Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении тонкостенных одногофровых сильфонов. Изготовляют тонкостенную трубную заготовку и формируют из нее одногофровый сильфон. Производят межоперационную термообработку для снятия внутренних напряжений, калибрующее механическое воздействие и окончательную термообработку сильфона для обеспечения геометрических размеров и придания металлу заданных механических свойств. Перед окончательной термообработкой осуществляют калибрующее механическое воздействие до обеспечения разновысотности гофра по диаметру менее 0,08 мм. Повышается качество. 2 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к технологии изготовления тонкостенных одногофровых сильфонов, используемых, в частности, в сборной трубе ротора газовой центрифуги.
Известен способ изготовления одногофрового сильфона, включающий изготовление трубной заготовки, радиальную формовку гофра посредством жидкости, подаваемой в полость трубной заготовки, образующей внутренний герметизированный объем матрицы и осевую осадку заготовки в матрице при приложении внутреннего давления жидкости на 3-6% меньше, чем при радиальной формовке (см. патент N2192325, МПК В21D 15/00, 51/12).
Недостаток способа в том, что он не обеспечивает изготовление сильфона с высотой гофра высокой точности и малой разновысотностью гофра по окружности.
Известен способ изготовления тонкостенного сильфона, включающий изготовление тонкостенных трубных заготовок, сборку трубных заготовок, их совместное деформирование с формированием гофра сильфона и последующую термическую обработку сильфона для обеспечения заданных механических свойств металла и геометрических размеров сильфона (см. патент N2164188, МПК В21D 15/00, С22F 1/10). Способ принят за прототип.
Недостаток способа в том, что при окончательной термообработке гофр сильфона изменяется по высоте непредсказуемо, что не позволяет изготовить сильфон с высотой гофра высокой точности и разновысотностью менее 0,08 мм. Поскольку одногофровый сильфон является высоконагруженным элементом трубы ротора, высота и разновысотность гофра должны быть высокой точности.
Выбраковка по высоте и разновысотности, не удовлетворяющей заданным требованиям, составляет до 40% от числа изготавливаемых одногофровых сильфонов.
Предлагаемым изобретением решается задача повышения качества тонкостенных одногофровых сильфонов.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в обеспечении высоты гофра сильфона высокой точности и разновысотности гофра менее 0,08 мм.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления сильфона, включающем изготовление тонкостенной трубной заготовки, формирование из трубной заготовки одногофрового сильфона, межоперационную термообработку для снятия внутренних напряжении, калибрующее механическое воздействие и окончательную термообработку сильфона для обеспечения геометрических размеров и придания металлу заданных механических свойств, новым является то, что перед окончательной термообработкой осуществляют калибрующее механическое воздействие до обеспечения разновысотности гофра по диаметру менее 0,08 мм, механическое воздействие осуществляют путем приложения деформирующего усилия к вершине гофра или по профилю гофра и радиусам сопряжения полок гофра с обечайками сильфона одновременно.
Введение в способ изготовления сильфона калибрующего механического воздействия на гофр сильфона перед окончательной термообработкой позволяет обеспечить необходимую точность высоты гофра и разновысотность гофра по окружности менее 0,08 мм.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что предлагаемое изобретение обладает «новизной» и «изобретательским уровнем».
Способ осуществляется следующим образом.
Из полученной заготовки формируют сильфон путем воздействия эластичной среды на внутреннюю поверхность трубной заготовки и последующей прикатки радиусов сопряжения полок гофра и обечаек сильфона. После обрезки торцевых припусков сильфон подвергают закалке на аустенитной термофиксирующей оправке при температуре 810°. 840°С. После закалки сильфон измеряют по высоте и разновысотности гофра. Сильфоны с отступлениями по высоте и разновысотности гофра сверл допустимых значений устанавливают на оправку и при вращении сильфона гофр сильфона подвергают калибрующему механическому воздействию по высоте путем приложения деформирующего усилия инструмента к вершине гофра или по профилю гофра и радиусам сопряжения полок гофра с обечайками сильфона одновременно, после чего сильфон подвергают старению на термофиксирующей аустенитной оправке.
Таким образом, предложенный способ позволяет обеспечить высокую точность высоты гофра и разновысотность гофра менее 0,08 мм.
1. Способ изготовления сильфона, включающий изготовление тонкостенной трубной заготовки, формирование из трубной заготовки одногофрового сильфона, межоперационную термообработку для снятия внутренних напряжений, калибрующее механическое воздействие и окончательную термообработку сильфона для обеспечения геометрических размеров и придания металлу заданных механических свойств, отличающийся тем, что перед окончательной термообработкой осуществляют калибрующее механическое воздействие до обеспечения разновысотности гофра по диаметру менее 0,08 мм.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что механическое воздействие осуществляют путем приложения деформирующего усилия к вершине гофра.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что механическое воздействие осуществляют путем приложения деформирующего усилия по профилю гофра и радиусам сопряжения полок гофра с обечайками сильфона одновременно.
Методы изготовления металлических сильфонов
Наиболее общие используемые методы изготовления сильфонов. Только бесшовные трубы или трубы с продольным сварным швом допускаются для использования этих методов изготовления.
Эластомерное формирование
Труба вставлена в сердечник, содержащий резиновый цилиндр. Осевая сила, действующая на сердечник, растягивает резиновый цилиндр, формируя выпуклости в трубе. После этого с резинового цилиндра снимается нагрузка, а выпуклость сжимают в осевом направлении внешней силой, формируя гофру. Гофры формируются по одной. Труба укорачивается по мере формирования гофр.
Расширение (Метод растягивания сердечника)
Отдельные гофры формируются в трубе путем растяжения внутреннего сердечника. Плоскость частично минимизирует расширение, труба должна немного поворачиваться. Процесс повторяют пока не достигнута необходимая высота гофры. Каждая гофра позже выравнивается в размерах посредством специальных внутренних и внешних роликов.
Гидравлическое формирование
Труба расположена в гидравлическом прессе или сильфонной машине. Окружающие внешние неподвижные кольца расположены вне трубы в продольном направлении с интервалами приблизительно равными длине готовой гофры. Труба заполняется веществом, например, водой, а давление поднимается до точки текучести. Операция по формированию продолжается с одновременной периферической текучестью и контролируется продольным укорачиванием трубы, пока не достигается нужная конфигурация. Эти методом можно изготавливать одну или сразу несколько гофр. В зависимости от конфигурации сильфона, могут потребоваться некоторые промежуточные шаги, например – тепловая обработка. Разгруженные сильфоны могут быть изготовлены при использовании разгрузочных колец как часть неподвижных пластин. По окончании, когда неподвижные пластины убирают, кольца становятся интегрированной частью сильфона.
Пневматическое формирование
Этот метод идентичен эластомерному формированию за исключением формирования первоначальной выпуклости путем сдавливания резины «внутренней трубы».
Сворачивание гофрированного листа
Плоский лист механически гофрируется либо прессованием либо валиками для получения прямых секций. Этот предварительно сформированный лист сворачивается в трубу. Сильфон получается при продольном сваривании краев листа друг с другом.
Формирование валиками
Труба расположена в сильфонной машине и одна или несколько гофр формируются посредством давления валиком. Обычно валики располагаются по обеим сторонам трубы, внутри и снаружи. Труба может вращаться относительно валиков, либо может быть неподвижна, а валики формируют сильфон своим вращением. На рисунке показан первый вариант.
Свернутое кольцо
Из плоского листа делают отдельную гофру и затем сворачивают ее в кольцо. Края кольца сваривают поперек гофры. Если необходим сильфон с более чем одной гофрой, изготавливают нужное число колец, которые сваривают между собой.
Формирование прессованием
Из плоского листа формируют гофру, используя неподвижный пресс. Этот метод используется прежде всего для производства прямоугольных сильфонов. Используя этотм метод можно получить разные профили гофры. Чаще всего используются U и V-образные профили. Возможность материала и метода ограничивают длину профиля. Большая длина может быть получена свариванием нескольких профилей вместе.
Комбинированный метод
Некоторые методы, описанные в предыдущих параграфах, могут быть скомбинированы. Одна процедура для формирования тороидального сильфона комбинирует два метода. Например, формируют гофру методом растяжения и высотой больше, чем расчетная высота. Затем, гофру располагают между кольцами формы, как при гидравлическом формировании. Кольца сжимают и гидравлическим методом формируют тороид как показано на рисунке.
Способы производства стальных сильфонов
Существует большое количество способов производства стальных сильфонов:
1) Эластомерное формирование.
Это способ производство стальных сильфонов при помощи специального стана, который представляет собой пресс-формы образующие собой форму линзы, при помощи рабочего инструмента – резинового сердечника.
Здесь труба заготовка имеет внутри резиновый цилиндр, принимает форму линзы под действием силы пуансона.
При необходимости данным способом можно изготавливать многоволновые сильфоны.. Количество волн ограничено длиной заготовки.
2) Метод растягивания сердечника.
Данный метод производства стальных сильфонов методом растяжки внутренней пресс-формы.
Под действием силы, пуансон приводит в движение пресс-форму, выдавливая из трубы волну. По завершению этой операции есть необходимость дополнительной докатки на формовочных валках (роликах)
3) Гидравлическое формирование.
Это метод прессования заготовки трубы. Здесь заготовка, находящаяся в прессе, форма которого приблизительно имеет форму готового сильфона под внутренним давлением жидкости принимает нужную форму. Данный метод производства стальных сильфонов позволяет изготавливать сразу несколько волн. Здесь в связи с большим количеством волн бывает необходимость дополнительного нагрева заготовки для придачи ему дополнительных механических свойств.
4) Пневматическое формирование.
Данный метод похож на метод 1, за исключением того, что формирование происходит путем первоначального сдавливания внутренне дополнительной трубы.
5) Сворачивание гофрированного листа.
В данном способе лист сначала формируется механическими роликами или с применением пресса (штампами), а далее на формовочном роликовом стане для получения линз круглого сечения.
6) Формирование валиками.
Здесь стальные сильфоны производятся путем раскатки в специальной сильфонной машине. Заготовка раскатывается роликами до получения нужной формы. Количество волн при производстве этим способом ограничено только длиной трубы (заготовки). Вращаться может как труба, так и валики друг относительно друга – двумя способами.
7) Свернутое кольцо.
Этот способ аналогичен способу №5, только здесь формируют только одну гофру (волну). Данный способ можно назвать составным, поскольку из этих сварных линз можно составить большое количество гофр.
8) Формирование прессованием.
Плоский лист путем перемещения относительно неподвижного стана пошагово формируется в любое количество гофр. Данный способ производства стальных линз используется преимущественно для изготовления прямоугольных ПГВУ компенсаторов. Этим способом можно получать различные по конфигурации профили U и V образные.
9) Комбинированный метод.
Он включает комбинации описанных ранее способов производства стальных сильфонов.
Указанные методы далеко не единственные в своем роде. В настоящее время с развитием инженерной мысли появляются все новые и новые способы производства стальных сильфонов.
Способ изготовления сильфона
Владельцы патента RU 2281179:
Изобретение относится к технологии изготовления тонкостенных одногофровых сильфонов. Способ включает изготовление тонкостенной трубной заготовки, формирование из трубной заготовки одногофрового сильфона, его межоперационную термообработку для снятия внутренних напряжений и окончательную термообработку для обеспечения геометрических размеров и придания металлу заданных механических свойств. При этом окончательную термообработку сильфона производят в заневоленном вдоль оси состоянии гофра сильфона посредством установленных в гофр постоянных по толщине проставок. Повышается качество за счет обеспечения заданной ширины гофра по всему периметру сильфона. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к технологии изготовления тонкостенных одногофровых сильфонов.
Известен способ изготовления одногофрового сильфона, включающий изготовление трубной заготовки, радиальную формовку гофры посредством жидкости, подаваемой в полость трубной заготовки, образующей внутренний герметизированный объем матрицы и осевую осадку заготовки в матрице при приложении внутреннего давления жидкости на 3-6% меньше, чем при радиальной формовке (см. патент №2192325, МПК В 21 D 15/00, 51/12).
Недостаток способа в том, что он не обеспечивает изготовление сильфона с полками гофра, параллельными друг другу, из-за упругости металла и, как следствие, не гарантирует стабильной ширины гофра на прямолинейных участках полок.
Известен способ изготовления тонкостенного сильфона, включающий изготовление тонкостенных трубных заготовок, сборку трубных заготовок, их совместное деформирование с формированием гофра сильфона и последующую термическую обработку сильфона для обеспечения заданных механических свойств металла и геометрических размеров сильфона (см. патент №2164188, МПК В 21 D 15/00, С 22 F 1/10). Способ принят за прототип.
Недостаток способа в том, что термообработка отформированного сильфона в свободном состоянии не обеспечивает качественного получения ширины гофра, тем более с параллельными полками друг другу из-за неравномерной термической деформации.
Предлагаемым изобретением решается задача повышения качества тонкостенных сильфонов.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в изготовлении сильфона с полками гофра, параллельными друг другу на их прямолинейных участках, с заданной шириной гофра.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления тонкостенного сильфона, включающем изготовление тонкостенной трубной заготовки, формирование из трубной заготовки одногофрового сильфона, межоперационную термообработку для снятия внутренних напряжений и окончательную термообработку сильфона для обеспечения геометрических размеров и придания металлу заданных механических свойств, новым является то, что окончательную термообработку сильфона производят в заневоленном вдоль оси состоянии гофра сильфона посредством установленных в гофр постоянных по толщине проставок, причем толщина проставок больше минимальной ширины гофра сильфона, в качестве проставок используют полукольца и изготавливают их из термостойкого материала при температуре термообработки сильфона.
Проведение окончательной термообработки сильфона в заневоленном вдоль оси состоянии гофра посредством установленных в гофр постоянных по толщине проставок позволяет обеспечить заданную ширину гофра по всему периметру сильфона, а также уменьшить деформацию юбок сильфона в переходной зоне от юбки к полке гофра.
Выполнение проставок толщиной, больше минимальной ширины гофра сильфона, позволяет обеспечить заневоленное состояние гофра сильфона в осевом направлении с тем, чтобы после термообработки упругая деформация не изменяла бы гофр до размеров, выходящих за заданные пределы.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, чти предлагаемое изобретение обладает «новизной» и «изобретательским уровнем».
Способ изготовления сильфона поясняется чертежами, где изображено на
Способ осуществляется следующим образом.
Последовательно из толстостенной трубной заготовки (сталь 4СЗ5ВИ) за 3-4 операции ротационного выдавливания изготавливают тонкостенную трубную заготовку с внутренним диаметром 125,3 мм и толщиной стенки 0,12 мм. После каждой операции ротационного выдавливания заготовки разрезают на кольца, которые подвергают термообработке при температуре 810-840°С для снятия напряжений и обеспечения внутреннего диаметра. После последней операции термообработки получают тонкостенную трубную заготовку с размерами: длина 60 мм, внутренний диаметр 125,6 мм, толщина стенки 0,12 мм. Из полученной заготовки формуют одногофровый сильфон с гофром вовнутрь, при этом внутренний диаметр юбочных частей (обечаек) сильфона приблизительно 131,5 мм, а внутренний диаметр гофра приблизительно 126 мм, ширина гофра приблизительно 0,7 мм. После обрезки торцевых припусков сильфон последовательно подвергают термообработке при температурах 810-840°С и 480-500°С на аустенитной оправке для получения внутреннего диаметра юбок (обечаек) сильфона, равного 132 мм, и заданного уровня механических свойств. При этом перед термообработкой в гофр сильфона устанавливают постоянные по толщине проставки-полукольца толщиной 0,8 мм для заневоливания гофра сильфона в осевом направлении. После термообработки полукольца извлекают из гофра сильфона. Ширина гофра сильфона колеблется в пределах от 0,66 до 0,86 мм, что соответствует требованиям конструкторской документации.
Для обеспечения длительного срока службы проставок-полуколец их изготавливают из стали типа Р6М5К5; 4Х5МФ1С, Х12М, термостойкой при температуре термообработки сильфона.
Таким образом, предложенный способ позволяет обеспечить заданную равномерную ширину гофра по всему периметру сильфона, а также уменьшить деформацию юбок (обечаек) сильфона в переходной зоне от юбки к полке гофра, в результате чего повышается качество тонкостенных сильфонов.
1. Способ изготовления сильфона, включающий изготовление тонкостенной трубной заготовки, формирование из трубной заготовки одногофрового сильфона, межоперационную термообработку сильфона для снятия внутренних напряжений и его окончательную термообработку для обеспечения геометрических размеров и придания металлу заданных механических свойств, отличающийся тем, что окончательную термообработку сильфона производят в заневоленном вдоль оси состоянии гофра сильфона посредством установленных в гофр постоянных по толщине проставок.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют проставки толщиной, превышающей минимальную ширину гофра сильфона.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве проставок используют полукольца.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют проставки, изготовленные из материала, термостойкого при температуре термообработки сильфона.
Производство сильфонов
Существует несколько технологий производства сильфонов.
Наиболее распространенные предполагают формирование заготовок.
Процесс выполняется гидравлическим, пневматическим, эластомерным методами.
Также используются способы расширения, сворачивания, прессования.
Сильфон — упругая однослойная или многослойная гофрированная оболочка из металлических, неметаллических и композиционных материалов, сохраняющая прочность и герметичность при многоцикловых деформациях сжатия, растяжения, изгиба и их комбинаций под воздействием внутреннего или внешнего давления, температуры и механических напряжений.
Сильфоны (сильфонные компенсаторы) широко применяется в трубопроводной арматуре в качестве герметизирующего, чувствительного и силового элемента.
Сильфонные компенсаторы применяются:
— для компенсации температурного расширения трубопроводов;
— для предотвращения разрушения труб при их деформации;
— для компенсации несоосности в трубопроводных системах, возникшей вследствие монтажных работ;
— для изолирования вибрационных нагрузок от работающего оборудования и потока транспортируемой среды.
Способы производства стальных сильфонов:
— эластомерное формирование;
— расширение или метод растягивания сердечника;
— гидравлическое формирование;
— пневматическое формирование;
— сворачивание гофрированного листа;
— формирование валиками;
— формирование в кольцо;
— формирование прессованием;
— комбинированный метод;
Подробнее о каждом из способов.
Эластомерное формирование
На специальном стане производится изготовление сильфонов многоволнового типа. Общее количество волн ограничивается длинной заготовки. Метод предполагает применение пресс-форм, имеющих форму линзы. Основным рабочим инструментом здесь выступает резиновый цилиндр (сердечник). Благодаря сильному воздействию пуансона заготовка приобретает форму линзы.
Труба вставлена в сердечник, содержащий резиновый цилиндр.
Осевая сила, действующая на сердечник, растягивает резиновый цилиндр, формируя выпуклости в трубе. После этого с резинового цилиндра снимается нагрузка, а выпуклость сжимают в осевом направлении внешней силой, формируя гофру. Гофры формируются по одной. Труба укорачивается по мере формирования гофр. При необходимости данным способом можно изготавливать многоволновые сильфоны. Количество волн ограничено длиной заготовки.
Расширение или метод растягивания сердечника
Метод основан на растягивании пресс-формы изнутри. Она приводится в движение под усилием пуансона. Благодаря ему из трубы выдавливается волна. Производство требует осуществления второго этапа – докатки. Для этого используются специальные формовочные валки.
Отдельные гофры формируются в трубе путем растяжения внутреннего сердечника. Плоскость частично минимизирует расширение, труба должна немного поворачиваться. Процесс повторяют пока не достигнута необходимая высота гофры. Каждая гофра позже выравнивается в размерах посредством специальных внутренних и внешних роликов.
Гидравлическое формирование
Это способ прессования заготовки трубы. Здесь заготовка, находящаяся в прессе, форма которого приблизительно имеет форму готового сильфона под внутренним давлением жидкости принимает нужную форму. Данный способ производства стальных сильфонов позволяет изготавливать сразу несколько волн. Здесь в связи с большим количеством волн бывает необходимость дополнительного нагрева заготовки для придачи ему дополнительных механических свойств. Разгруженные сильфоны могут быть изготовлены при использовании разгрузочных колец как часть неподвижных пластин. По окончании, когда неподвижные пластины убирают, кольца становятся интегрированной частью сильфона.
Труба расположена в гидравлическом прессе или сильфонной машине. Окружающие внешние неподвижные кольца расположены вне трубы в продольном направлении с интервалами приблизительно равными длине готовой гофры. Труба заполняется жидкость, например, водой, а давление поднимается до точки текучести. Операция по формированию продолжается с одновременной периферической текучестью и контролируется продольным укорачиванием трубы, пока не достигается нужная конфигурация.
Пневматическое формирование
Данный способ похож на эластомерное формирование, за исключением того, что формирование происходит путем первоначального сдавливания внутренне дополнительной трубы.
Технология реализуется посредством прессования заготовки в виде трубы из нержавеющей стали. Она помещается в пресс. Его форма практически полностью повторяет параметры готового сильфона. Формовка осуществляется под воздействием давления жидкости. Особенность пневматического формирования – возможно создавать одновременно несколько волн. Чтобы улучшить механические характеристики изделия, заготовки дополнительно нагреваются. Пневматическое формование схоже с эластомерным. Разница заключается в применении предварительного этапа. Его суть заключается в сдавливании трубы.
Сворачивание гофрированного листа
В данном способе лист сначала формируется механическими роликами или с применением пресса (штампами), а далее на формовочном роликовом стане для получения линз круглого сечения.
Сворачивания гофрированного металлического листа осуществляется его формовка. Для этого на заготовку оказывается давление штампами. Круглые линзы получают путем скручивания на роликовом стане. Технология сворачивания в кольцо отличается тем, что здесь отдельно формируется каждая гофра (волна). Далее из сварных линз составляется сильфон с требуемым количеством элементов.
Формирование валиками
Стальные сильфоны производятся путем раскатки в специальной сильфонной машине.
Стальная труба помещается между роликами. Заготовка раскатывается роликами до получения нужной формы. Количество волн при производстве этим способом ограничено только длиной трубы (заготовки). В процессе формовки может вращаться либо труба, либо сами валики по отношению друг к другу.
Обычно валики располагаются по обеим сторонам трубы, внутри и снаружи. Труба может вращаться относительно валиков, либо может быть неподвижна, а валики формируют сильфон своим вращением. На рисунке показан первый вариант.
Формирование в кольцо
Этот способ аналогичен способу сворачиванию гофрированного листа. Но здесь формируют только одну гофру (волну).
Данный способ можно назвать составным, поскольку из этих сварных линз можно составить большое количество гофр.
Формирование прессованием
Из плоского листа формируют гофру, используя неподвижный пресс. Этот метод используется прежде всего для производства прямоугольных сильфонов.
Используя этот метод можно получить разные профили гофры. Чаще всего используются U и V-образные профили. Возможность материала и метода ограничивают длину профиля. Большая длина может быть получена свариванием нескольких профилей вместе.
Комбинированный метод
Одна процедура для формирования тороидального сильфона комбинирует два метода. Например, формируют гофру методом растяжения и высотой больше, чем расчетная высота. Затем, гофру располагают между кольцами формы, как при гидравлическом формировании. Кольца сжимают и гидравлическим методом формируют тороид как показано на рисунке.
Указанные методы далеко не единственные в своем роде.
Появляются все новые и новые способы производства стальных сильфонов.