способ изготовления оболочек из листовых заготовок

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБОЛОЧЕК ИЗ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК из материала сверхпластической модификации с использованием рамки из материала несверхпластической модификации, включающий соединение их между собой и с системой подачи рабочей среды и формовку давлением рабочей среды, создаваемым в полости между листовыми заготовками, отличающийся тем, что рамку устанавливают между листовыми заготовками на уровне их торцов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительно наружной поверхности рамки придают конфигурацию соответствующего участка готового изделия.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что систему подачи рабочей среды встраивают в рамку.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке металлов давлением и касается способов формовки заготовок в состоянии сверхпластичности давлением рабочей среды.

Известен способ изготовления оболочек из листовых заготовок из материала сверхпластической модификации с использованием рамки из материала несверхпластической модификации, включающий соединение их между собой и с системой подачи рабочей среды и формовку давлением рабочей среды, создаваемым в полости между листовыми заготовками.

Технической задачей изобретения является снижение трудоемкости изготовления изделия за счет исключения операций по отделению его от рамки, упрощение применяемого оборудования за счет устранения необходимости фиксации заготовок в штамповой оснастке, а также повышение качества изготовления изделия за счет создания благоприятных условий для трансформации сварного фланца в боковую поверхность изделия.

Для решения поставленной задачи в способе изготовления оболочек из листовых заготовок из материалов сверхпластической модификации с использованием рамки из материала несверхпластической модификации, включающем соединение их между собой и с системой подачи рабочей среды и формовку давлением рабочей среды, создаваемым в полости между листовыми заготовками, рамку устанавливают между листовыми заготовками на уровне их торцев. Предварительно наружной поверхности рамки придают конфигурацию соответствующего участка готового изделия, а систему подачи рабочей среды встраивают в рамку.

Рамку можно выполнять из материала несверхпластичного при температуре формовки листовых заготовок.

Предлагаемое техническое решение позволяет совместить преимущества свободной формовки и формовки с зажатыми фланцами. Как и в случае свободной формовки, формообразование осуществляется без применения штамповой оснастки, которая может быть использована только для калибровки, в случае повышенных требований к точности изготовления изделия. Аналогично способу формовки с зажатыми фланцами введение недеформируемой рамки препятствует перемещению сварного фланца и, таким образом, предотвращает образование складок, а также уменьшение влияния анизотропии свойств листовых заготовок на качество готового изделия.

В предлагаемом способе толщина и высота рамки выбираются отвечающими условию достаточной жесткости. При выборе необходимых геометрических параметров расчетным или опытным путем толщина рамки, в зависимости от используемого материала, может быть меньше, равной или большей, чем толщина листовых заготовок. В случае, когда толщина рамки меньше или равна толщине листовых заготовок, по завершении формовки их толщины могут стать равными или отличаться незначительно, в пределах характерного для сверхпластической формовки распределения утонений.

В случае, когда толщина рамки больше толщины листовых заготовок, готовое изделие имеет утолщение в месте расположения рамки. В зависимости от взаимного расположения рамки и листовых заготовок образующийся радиальный выступ может быть расположен на внутренней или внешней поверхности. Уменьшить толщину рамки, а следовательно величину выступа можно путем увеличения ее высоты. Расположение выступа на внутренней поверхности не нарушает форму изделия. Если наличие утолщения стенки нежелательно, то заготовки и рамку располагают таким образом, что выступ образуется на внешней поверхности, где возможно его удаление. При этом, увеличение толщины рамки не приводит к отрицательным последствиям, так как условие трансформации сварного шва в боковую поверхность значительно более благоприятны. Это обусловлено тем, что угол раскрытия сварного шва уменьшается в два раза. Недеформируемая рамка является составной частью оболочки, что исключает операции по их разделению и снижает трудоемкость технологического процесса, особенно при изготовлении изделий сложной геометрии.

Ввиду того, что геометрические размеры рамки в процессе формовки не изменяются, рекомендуется заранее придавать ей такую форму, которая не нарушает заданную геометрию поверхности изделия. Наличие недеформируемой рамки позволяет осуществить подсоединение к ней системы подачи рабочей среды, не нарушая условия формовки листовых заготовок.

Рамка может быть изготовлена из материала несверхпластичного при температуре сверхпластичности листовых заготовок. Выполнение рамки из материала сверхпластичного при температуре выше или ниже температурного интервала проявления сверхпластических свойств материала листовых заготовок дает возможность сократить количество подготовительных операций по приданию боковой поверхности рамки кривизны, не нарушающей геометрию готового изделия, и таким образом обеспечить сопряжение боковой поверхности рамки с поверхностью оболочки. При этом, если температура сверхпластичности материала рамки ниже температуры сверхпластичности материала листовых заготовок, то в ходе технологического процесса вначале деформируют рамку подачей давления рабочей среды при температуре сверхпластичности ее материала, затем давление снижают, заготовку нагревают до температуры сверхпластичности материала листовых заготовок и производят выдержку. Усиленный рост зерна материала рамки приводит к повышению напряжения течения и снижению его пластических свойств, вследствие чего при последующей формовке листовых заготовок рамка не деформируется. В случае, когда температура сверхпластичности материала рамки выше температуры сверхпластичности листовых заготовок, в ходе технологического процесса вначале деформируют листовые заготовки, затем давление снижают, изделие нагревают до температуры сверхпластичности материала рамки и проводят выдержку. По завершении выдержки при подаче давления рабочей среды деформируется только рамка.

На фиг. 1 показана заготовка для изготовления шаробаллона; на фиг.2 готовое изделие.

Кольцо 1 расположено между листовыми заготовками 2, 3 и соединено с ними герметичными сварными швами 4, 5. Трубопровод 6 предназначен для подвода рабочей среды в полость 7. Позицией 8 обозначено готовое изделие.

Кольцо 1 размещают между листовыми заготовками 2, 3 и соединяют с ними герметичными сварными швами 4, 5. К кольцу подсоединяют трубопровод 6. Заготовку помещают в печь, нагревают до температуры сверхпластичности листовых заготовок и формуют подачей давления рабочей среды через трубопровод в полость между листовыми заготовками 2, 3. По завершении формовки готовое изделие 8 извлекают из печи и отсоединяют от подводящего трубопровода.

П р и м е р. Изготавливают шаробаллон диаметром 200 мм. После предварительного расчета заготовку выполняют из двух одинаковых круглых листовых заготовок диаметром 199 мм и толщиной 2 мм из титанового сплава ОТ4-1 и кольца (рамки) из титанового сплава ВТ-20 диаметром 200 мм, высотой 10 мм и толщиной 6 мм. Кольцо 1 предварительно подвергают отжигу при температуре 1000^оС в течение 60 мин. По завершении отжига боковые поверхности подвергают токарной обработке, придавая внешней боковой стороне радиус кривизны R100, соединяют с листовыми заготовками 2, 3 герметичными сварными швами 4, 5. Приваривают трубопровод 6 системы подвода рабочей среды и устанавливают в печь. Нагревают до температуры 860^оС и формуют подачей аргона под давлением 5 атм. По завершении формовки давление стравливают и извлекают шаробаллон из печи. По охлаждении трубопровод 6 отделяют от готового изделия.