Сегодня на рынке трубопроводной арматуры существенную долю занимают фланцы, которые используются для соединения труб. Несмотря на то, что российские компании являются лидерами рынка, они зачастую используют устаревшие технологии. Ученые Южно-Уральского государственного университета работают над расширением технологических возможностей процессов горячей объемной штамповки, чтобы сделать их более экономичными.
 

Воротниковые фланцы для трубопроводов

Проект магистранта Политехнического института ЮУрГУ Сергея Стругова «Разработка малоотходной безуклонной горячей объемной штамповки воротниковых фланцев на основе комбинированной схемы деформации раздачи выдавливания» направлен на совершенствование технологии с минимальной модернизацией производства.

Воротниковые фланцы являются универсальной арматурой для соединения элементов трубопровода. Такие фланцы используются для трубопроводов среднего и высокого давления. Соединения с применением воротниковых фланцев являются наиболее прочными и просты в монтаже.

«Наиболее применяемым способом производства воротниковых фланцев является горячая объемная штамповка. Однако часть металла идет на напуск, который полностью удаляется при механической обработке. В целях экономии металла нами предложен способ безуклонной штамповки, позволяющий решить проблему напусков и улучшить качество поковки», – объясняет суть метода Сергей Стругов.

Улучшенный процесс штамповки

Изготовление поковок методом штамповки — процесс, требующий значительных энергозатрат и высоких усилий деформации, однако, воротниковые фланцы, изготовленные таким методом, имеют гораздо более низкую стоимость и лучшее качество в сравнении со способом литья. Поэтому если в трубопроводе предполагается высокое давление, то надежнее на данный трубопровод устанавливать воротниковые фланцы.

«Мы занимаемся совершенствованием метода штамповки. Наша технология основана на технологии малоотходной безуклонной штамповки, но с рядом изменений, которые ее качественно улучшают, – поясняет Сергей Стругов. – Во-первых, локализирован очаг пластической деформации воротника фланца. За счет этого уменьшается растягивающее напряжение в воротнике фланца. Во-вторых, изменена последовательность операций».

Классическая горячая объемная штамповка подразумевает наличие уклонов или напусков на поверхностях. Суть метода, предложенного Сергеем Струговым, заключается в том, что изначально молотовая штамповка (поковка) делается несколько ниже требуемой высоты, после чего прошивается на обрезном прессе. В результате прошивки, совмещенной с процессом «раздача-выдавливание», уклон выдавливается до необходимой высоты, и отверстие получается прямое. Такое совершенствование технологии экономически очень выгодно, так как значительно снижает расход металла.

Математическая модель и лабораторные испытания

Штамповая оснастка спроектирована учеными ЮУрГУ для лабораторных проектов, и уже проведены ее лабораторные испытания. В планах оценить энергосиловые и кинематические параметры операции, сравнить данные, полученные в ходе эксперимента, с теоретическими данными.

«Нами уже разработана математическая модель процесса по методике Андрея Львовича Воронцова, профессора МГТУ им Баумана, с которым мы поддерживаем связь. В дальнейшем будут разработаны рекомендации по исключению брака процесса и, конечно, промышленное внедрение данной технологии», – рассказывает магистрант ЮУрГУ.

Проект Сергея Стругова, под руководством Василия Иванова, зам. декана факультета Материаловедение и металлургические технологии, стал одним из победителей конкурса «Вперед к открытиям», проводимого в ЮУрГУ в рамках Проекта 5-100, а также конкурсов «УМНИК» и «Славим человека труда». Результатами исследования уже заинтересовались такие крупные промышленные предприятия Челябинска, как Челябинский кузнечно-прессовый завод и Челябинский тракторный завод.

 

Подготовлено по материалам susu.ru