[1]Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к способам формования полых тел переменного сечения из трубных заготовок, а именно к производству металлического бесшовного лейнера герметизирующего для металлокомпозитного баллона высокого давления, используемого для дыхательных аппаратов спасателей и пожарных служб МЧС.
[2]Известен способ изготовления тонкостенного бесшовного лейнера для композитных баков из титановых сплавов характеризующийся тем, что гранулы засыпают в металлическую капсулу для получения тонкостенного бесшовного лейнера в условиях вакуума, затем капсулу проверяют на герметичность, и после окончания процесса горячего изостатического прессования скомпантированную капсулу заготовки лейнера опускают в емкость с раствором кислот для травления, растворяют внешнюю и внутреннюю оболочки лейнера, извлекают из раствора кислот, далее проверяют на соответствие геометрическим параметрам (см. патент RU №2596538, МПК F17C 1/00 (2006.01), МПК B21D 51/24 (2006.01), 27.07.2012 г.).
[3]Данный способ изготовления тонкостенного бесшовного лейнера не экономичен из-за высокой стоимости титановых сплавов и сложной технологии.
[4]Известен лейнер баллона высокого давления из нержавеющей Ti-содержащей стали для баллона высокого давления, содержит цилиндрическую обечайку и приваренные к ней цельноформованные профильные днища, по крайней мере, в одном из которых выполнено проходное отверстие и в нем размещен полюсный металлический штуцер, приваренный к днищу по периметру отверстия (см. патент RU №2353851, МПК F17C 1/00 (2006.01), 27.04.2009 г.).
[5]Данный лейнер баллона высокого давления из-за наличия сварных швов при многократных циклических нагрузках высокого давления не обеспечивает необходимую герметичность.
[6]Наиболее близкой к предлагаемой группе изобретений по совокупности существенных признаков является способ изготовления металлопластикового баллона высокого давления и металлопластиковый баллон, в котором раскрыты способ изготовления лейнера высокого давления и лейнер для реализации способа (см. патент RU №2310120, МПК F17C 1/00 (2006.01), МПК F47C 1/02 (2006.01), МПК F47C 1/10 (2006.01), 10.11.2007 г.).
[7]Способ изготовления лейнера высокого давления, характеризуется формированием цилиндрической части лейнера методом ротационной вытяжки с обеспечением в зонах перехода к днищам с обеих сторон утолщений, термической обработкой для обеспечения требуемых механических свойств во всех его сечениях.
[8]Лейнер для реализации способа состоит из верхнего днища с горловиной, нижнего глухого днища, цилиндрической части и выполнен из стали.
[9]Известные способ и лейнер для реализации способа не обеспечивают необходимую надежность при многократных циклических нагрузках высокого давления, обусловленную неоднородной прокаливаемостью лейнера при закалке.
[10]Задачей предлагаемой группы изобретений является создание способа и лейнера для реализации способа, обеспечивающих необходимую надежность при многократных циклических нагрузках высокого давления.
[11]Техническим результатом при использовании предлагаемой группы изобретений является увеличение циклической долговечности лейнера герметизирующего для металлокомпозитного баллона.
[12]Указанный технический результат в части способа достигается тем, что в способе изготовления лейнера герметизирующего для металлокомпозитного баллона, характеризующегося формированием цилиндрической части лейнера методом ротационной вытяжки с обеспечением в зонах перехода к днищам с обеих сторон утолщений, термической обработкой для обеспечения требуемых механических свойств во всех его сечениях, формирование днищ лейнера осуществляют методом горячей закатки из трубной заготовки, а перед термической обработкой в горловине лейнера устанавливают пробку с отверстием, которое соединяют с трубкой для выхода паровоздушной смеси из внутренней полости лейнера, причем внутреннюю и наружную поверхности лейнера подвергают дробеструйной обработке.
[13]Кроме того, предпочтительно, диаметр отверстия пробки составляет примерно 2 мм; нормализацию структуры лейнера осуществляют при температуре примерно 890°С с последующим охлаждением на воздухе.
[14]Указанный технический результат в части устройства достигается тем, что лейнер герметизирующий для металлокомпозитного баллона, состоящий из верхнего днища с горловиной, нижнего глухого днища и цилиндрической части, выполнен бесшовным из среднелегированной стали, причем соотношение наружного диаметра лейнера к его длине составляет примерно от 0,25 до 0,5, а толщина стенки цилиндрической части меньше толщины стенок верхнего днища с горловиной и нижнего глухого днища лейнера.
[15]Кроме того, предпочтительно, среднелигированная сталь содержит не более 0,015% фосфора и не более 0,011% серы; толщина стенки цилиндрической части составляет примерно 2-3 мм; толщина стенки верхнего днища с горловиной имеет разную величину и составляет примерно от 5 мм до 7 мм; толщина стенки нижнего глухого днища имеет максимальную величину в средней части и составляет примерно 8 мм.
[16]Изобретение поясняется чертежами.
[17]На фиг. 1 изображен лейнер герметизирующий для металлокомпозитного баллона, общий вид;
[18]на фиг. 2 - то же, с пробкой;
[19]на фиг. 3 изображена пробка с отверстием и трубкой.
[20]Лейнер герметизирующий для металлокомпозитного баллона состоит из верхнего днища 1 с горловиной 2, нижнего глухого днища 3 и цилиндрической части 4. Отличительной особенностью лейнера является его выполнение бесшовным из среднелегированной стали, причем данная среднелигированная сталь содержит не более 0,015% фосфора и не более 0,011% серы.
[21]Для обеспечения циклической долговечности соотношение наружного диаметра D лейнера к его длине L составляет примерно от 0,25 до 0,5, важное значение имеет толщина стенок составных частей лейнера, а именно: толщина h1 стенки цилиндрической части 4 меньше толщины h2 стенки верхнего днища 1 и толщины h3 с горловины 2 и толщины h4 нижнего глухого днища 3 лейнера, при этом - h1 составляет примерно 2-3 мм; h2 и h3 имеют разные величины, которые составляет примерно от 5 мм до 7 мм; h4 составляет примерно 8 мм.
[22]Перед термической обработкой лейнера в горловине 2 устанавливают пробку 5 с отверстием 6 для обеспечения однородной полной прокаливаемости лейнера при закалке.
[23]Диаметр отверстия 6 пробки 5 составляет примерно 2 мм. Отверстие 6 соединено с трубкой 7 для выхода паровоздушной смеси из внутренней полости лейнера.
[24]Способ изготовления лейнера герметизирующего для металлокомпозитного баллона осуществляется следующим образом.
[26]Лейнер герметизирующий для металлокомпозитного баллона выполняют цельным без применения сварки с формированием цилиндрической части лейнера методом ротационной вытяжки с обеспечением в зонах перехода к днищам с обеих сторон утолщений и с формированием днищ лейнера до заданных размеров методом горячей закатки из трубной заготовки.
[27]После этого в горловину 2 лейнера устанавливают пробку 5 с отверстием 6, которое соединяют с трубкой 7 для выхода паровоздушной смеси из внутренней полости лейнера, которая образовалась при попадании воды при погружении лейнера в закалочную ванну.
[28]Затем проводят термическую обработкуой для обеспечения требуемых механических свойств во всех сечениях лейнера, путем полной прокаливаемости лейнера при закалке.
[29]При изготовлении лейнеров из стали марки 30ХМА их подвергают следующей термической обработке: закалка с температурой примерно 890°С в холодную воду, отпуск при температуре примерно 400°С в течение 3-х часов.
[30]Внутреннюю и наружную поверхности лейнера подвергают дробеструйной обработке.
[31]Применение способа позволяет получить заданные параметры лейнера, а именно минимальные крайние величины:
[32]соотношение наружного диаметра D лейнера к его длине L составляет примерно 0,25, толщина h1 стенки цилиндрической части 4 меньше толщины h2 стенки верхнего днища 1 и толщины h3 с горловины 2 и толщины h4 нижнего глухого днища 3 лейнера, при этом - h1 составляет примерно 2 мм; h2 и h3 имеют разные величины, которые составляет примерно 5 мм; h4 составляет примерно 8 мм.
[33]Механические свойства лейнера герметизирующего для металлокомпозитного баллона, получаемые при реализации способа представлены ниже в таблице.
[35]Лейнер герметизирующий для металлокомпозитного баллона выполняют цельным без применения сварки с формированием цилиндрической части лейнера методом ротационной вытяжки с обеспечением в зонах перехода к днищам с обеих сторон утолщений и с формированием днищ лейнера до заданных размеров методом горячей закатки из трубной заготовки.
[36]После этого в горловину 2 лейнера устанавливают пробку 5 с отверстием 6, которое соединяют с трубкой 7 для выхода паровоздушной смеси из внутренней полости лейнера, которая образовалась при попадании воды при погружении лейнера в закалочную ванну.
[37]Затем проводят термическую обработкуой для обеспечения требуемых механических свойств во всех сечениях лейнера, путем полной прокаливаемости лейнера при закалке.
[38]При изготовлении лейнеров из стали марки 30ХМА их подвергают следующей термической обработке: закалка с температурой примерно 890°С в холодную воду, отпуск при температуре примерно 400°С в течение 3-х часов.
[39]Внутреннюю и наружную поверхности лейнера подвергают дробеструйной обработке.
[40]Применение способа позволяет получить заданные параметры лейнера, а именно максимальные крайние величины:
[41]соотношение наружного диаметра D лейнера к его длине L составляет примерно 0,5, толщина h1 стенки цилиндрической части 4 меньше толщины h2 стенки верхнего днища 1 и толщины h3 с горловины 2 и толщины h4 нижнего глухого днища 3 лейнера, при этом - h1 составляет примерно 3 мм; h2 и h3 имеют разные величины, которые составляет примерно 7 мм; h4 составляет примерно 8 мм.
[42]При изготовлении лейнеров из стали марки 30ХМА их подвергают следующей термической обработке: закалка с температурой примерно 890°С в холодную воду, отпуск при температуре примерно 400°С в течение 3-х часов.
[43]Внутреннюю и наружную поверхности лейнера подвергают дробеструйной обработке.
[44]Механические свойства лейнера герметизирующего для металлокомпозитного баллона, получаемые при отработке и реализации способа представлены в таблице:
[45]
[46]При использовании заявленной группы изобретений - способа изготовления лейнера герметизирующего для металлокомпозитного баллона и лейнера для реализации способа каждый отличительный существенный признак формул изобретений влияет на достижение технического результата, т.к. выявлена и описана причинно-следственная связь между техническим результатом и совокупностью отличительных существенных признаков формул изобретений.
