Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БАЛЛОНА

Изобретение относится к производству облегченных бесшовных баллонов высокого давления и может быть использовано при изготовлении баллонов из бесшовной трубной заготовки, в том числе и при изготовлении баллонов с наружной оболочкой из композитного материала.

Известен способ изготовления баллонов (патент РФ №2044586, B21D 51/24, опубл. 27.05.1995), который включает порезку трубы на мерные заготовки, осуществление нагрева одного конца заготовки и закатку днища, после нагрева второго конца закатывают горловину, затем выполняют термическую обработку баллона, проводят дробеструйную очистку поверхности, наносят на внутреннюю поверхность баллона покрытие и проводят механическую обработку горловины.

Данный способ изготовления баллонов не позволяет получать облегченные баллоны с утоненной цилиндрической частью, что приводит к утяжелению баллона и повышенному расходу металла.

Известен способ изготовления сосудов (патент РФ №2354483, B21D 51/24, опубл. 10.05.2009), принятый за прототип, включающий резку трубы на мерные заготовки, формирование днища, горячую закатку горловины и ее механическую обработку, очистку внутренней поверхности заготовки, термическую обработку, которую проводят после горячей закатки горловины при несформированном днище. После очистки внутренней поверхности производят очистку наружной поверхности, обрабатывают цилиндрическую часть заготовки с утонением стенки в обкатывающем инструменте в холодном состоянии, оставляют концевую часть заготовки с исходной толщиной стенки, после чего формируют днище путем обжима концевой части заготовки в обкатывающем инструменте.

Недостатком способа является то, что термическую обработку проводят не после закатки днища, а после горячей закатки горловины при несформированном днище, что приводит к образованию зоны термического влияния между цилиндрической частью с наклепом и днищем. А в соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением ПБ 03-576-03, 2003 г., с. 31-43, эксплуатация баллонов без термической обработки всего баллона запрещена. Кроме того, при механической обработке горловины происходит повышенный расход режущего инструмента.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в снижении веса баллона и уменьшении затрат на режущий инструмент.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе изготовления баллона, включающем порезку трубы на мерные заготовки, формирование днища и горячее формирование горловины, абразивную очистку наружной и внутренней поверхностей, обработку наружной поверхности цилиндрической части заготовки с утонением стенки до необходимых размеров, термическую обработку и механическую обработку горловины баллона, согласно изобретению наружную поверхность одного конца заготовки подвергают механической обработке путем обтачивания до необходимых размеров, затем осуществляют горячее формирование днища, после обработки цилиндрической части осуществляют горячее формирование горловины и термическую обработку баллона, при этом перед термической обработкой проводят предварительную механическую обработку горловины, а после термической обработки - чистовую механическую обработку.

Выполнение обтачивания наружной поверхности одного конца трубной баллонной заготовки до необходимых размеров позволяет снизить вес баллона и, соответственно, расход металла за счет изготовления баллона с меньшей толщиной стенки днища и цилиндрической части, выдерживающего те же рабочие давления, что и баллоны с более толстой стенкой. Проведение механической обработки горловины в два этапа - перед термической обработкой баллона и после - позволяет снизить расход дорогостоящего режущего инструмента до 30% за счет большей его стойкости при обработке горловины перед термической обработкой. Кроме того, оптимизация и последовательность технологических операций обеспечивают уменьшение трудоемкости изготовления баллона.

Предлагаемый способ изготовления баллона выполняют следующим образом. Трубу разрезают на баллонные заготовки мерной длины, наружную поверхность одного конца заготовки подвергают механической обработке путем обтачивания по наружному диаметру до необходимых размеров и осуществляют горячее формирование днища. Полученную заготовку с днищем подвергают дробеструйной обработке по наружной и внутренней поверхностям. Заготовку закрепляют от поворачивания, например, на оправке раскатного стана через днище и производят раскатку стенки цилиндрической части заготовки с утонением ее до необходимых размеров. Затем осуществляют горячее формирование горловины и предварительную механическую обработку горловины с припусками для дальнейшей чистовой обработки. После этого баллон подвергают термической обработке, производят дробеструйную обработку наружной поверхности баллона для удаления окалины и чистовую механическую обработку горловины. При необходимости на цилиндрической части баллона может быть выполнена намотка композитного материала.

Пример изготовления баллона по предлагаемому способу, например автомобильного баллона на 20 МПа для природного газа метан. Баллоны изготавливают из трубной заготовки из стали марки ЗОХМА диаметром 325 мм с толщиной стенки 12 мм, ГОСТ 8372-70. Трубу разрезают на баллонные заготовки мерной длины 1500 мм. Наружную поверхность одного конца заготовки обтачивают до толщины стенки 9 мм на длину, например, равную диаметру заготовки. На этом конце заготовки производят горячее формирование глухого днища, затем - дробеструйную обработку наружной и внутренней поверхностей. Затем очищенную заготовку закрепляют, например, на оправке через днище от поворачивания для обработки (раскатки) цилиндрической части заготовки в холодном состоянии с утонением стенки до необходимых размеров, а другого конца заготовки - до 9 мм. Затем в горячем состоянии производят формирование горловины на другом конце с исходной толщиной стенки 9 мм. После этого проводят предварительную механическую обработку горловины, в частности сверление, торцовку, расточку конуса, нарезание резьбы, оставляя припуск на дальнейшую чистовую обработку по резьбе. Затем проводят термическую обработку баллона и чистовую механическую обработку горловины. При необходимости возможно выполнение баллона с наружной оболочкой из композитного материала с толщиной стенки цилиндрической части баллона - 4,5 мм.

Изобретение позволяет снизить вес баллона до 5 кг и расход дорогостоящего режущего инструмента до 30%, а также трудоемкость и затраты на изготовление за счет оптимизации и последовательности технологических операций.