СПОСОБ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ЛОПАСТЕЙ ГРЕБНЫХ ВИНТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК B21K3/04 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к технологическим процессам изготовления лопастей гребных винтов, преимущественно лопастей рабочих колес водометных движителей при их мелкосерийном производстве.

Известен способ формообразования лопастей и устройство для его осуществления (Родионова Н. Я. Изготовление лопастей водомета. - Катера и яхты, 1981, N 5, с. 83). Но этот способ и устройство обеспечивают лишь первый этап формообразования лопастей - образование только профиля поперечного сечения тела лопасти.

Известен стенд для правки лопастей гребных винтов, с помощью которого можно решать и задачи формообразования лопастей (авт. св. N 1228938, кл. B 21 D 3/16).

Однако стенд сложен и поэтому его нецелесообразно использовать для изготовления лопастей в экспериментальном или опытном мелкосерийном производстве.

Известен способ изготовления лопаток гидромашин, включающий операцию штамповки лопасти в штампе, содержащем матрицу и пуансон, в котором и обеспечивается получение точного профиля заготовки [1] .

Недостаток прототипа заключается в том, что способ формообразования на его основе сложен и требует сложного металлоемкого оборудования, в первую очередь сложных и дорогих штампов. Это не позволяет эффективно использовать такой способ формообразования в опытных или экспериментальных малосерийных производствах.

Цель изобретения состоит в упрощении конструкции штампа и сокращении его металлоемкости.

Для этого матрицу и пуансон штампа выполняют из материала, обладающего эффектом памяти, причем при температуре начала мартенситных превращений (в низкотемпературной фазе) этим деталям штампа сообщают форму плоских пластин. Затем заготовку лопасти помещают между матрицей и пуансоном, соединяют матрицу и пуансон между собой, например, с помощью болтов в пакет, после чего этот пакет нагревают до температуры начала в материале упомянутых деталей обратных мартенситных превращений, в ходе которых матрица и пуансон принимают заданную им ранее винтообразную форму и изгибают заготовку лопасти, сообщая ей требуемый профиль с заданным шагом. По окончании процесса формообразования матрицу и пуансон разъединяют и вынимают готовую лопасть.

Предлагаемый способ формообразования может быть представлен в виде последовательности следующих основных технологических операций:
заготовку лопасти помещают между плоскими пластинами матрицы и пуансона;
матрицу и пуансон соединяют между собой с помощью крепежных деталей, образуя тем самым пакет матрица - заготовка - пуансон. Для осуществления этой операции матрица и пуансон могут иметь отверстия по своему периметру, через которые выполняется их соединение с помощью болтов или винтов;
собранный пакет нагревают до температуры начала в материале матрицы и пуансоне обратных мартенситных превращений. При этом матрица и пуансон принимают заданную им ранее форму и, изгибаясь, сообщают требуемую винтообразную форму заготовке лопасти.

Степень деформации матрицы и пуансона зависит от температуры нагрева: чем выше эта температура, тем в большей степени детали штампа восстанавливают свою винтообразную форму. Поэтому, задавая и обеспечивая необходимую температуру нагрева штампа, можно достичь требуемой величины закрутки заготовки лопасти, т. е. шага лопасти. Точное значение такой температуры можно выбрать по формуле
T = S ˙ K, где Т - температура нагрева матрицы и пуансона;
S - требуемый шаг лопасти;
К - коэффициент, полученный методами регрессионного анализа при обработке предварительно полученных экспериментальных данных по формообразованию лопастей с помощью конкретных образцов матрицы и пуансона.

Нагрев пакета может быть осуществлен различными путями, в том числе, например в электропечи, в масляной ванне и т. п.

После нагрева и завершения формообразования пакет разбирают и вынимают лопасть, готовую для дальнейшего применения.

На этом процесс формообразования завершается. Однако вне его также имеются несколько предварительных операций, носящих предварительный характер. К ним относятся операции восстановления плоской формы матрицы и пуансона, а также операции задания этим деталям требуемой винтообразной формы для "запоминания" этой формы. Упомянутые операции лежат вне рассматриваемого способа и поэтому здесь подробно не рассматриваются.

Предлагаемый способ формообразования лопастей может быть осуществлен с помощью устройства (приспособления), схема которого представлена на чертеже.

Устройство содержит матрицу 1 и пуансон 2, которые изготовлены из материала с эффектом памяти формы и снабжены сквозными отверстиями 3, выполненными по периметру этих деталей. Матрица снабжена профилированной постелью 4 в виде углубления, в которой может быть размещена заготовка лопасти 5, причем форма углубления ответна форме заготовки лопасти, а глубина меньше толщины заготовки (см. фиг. а). Матрица и пуансон могут быть соединены между собой через отверстия 3 с помощью крепежных деталей 6.

Постель может быть выполнена как в матрице, так и в пуансоне, а также одновременно и в матрице и в пуансоне. Кроме того, эта постель в указанных деталях может быть сформирована и ограничена выступами 7, выполненными на внутренней поверхности матрицы или пуансона (и), в качестве которых могут служить головки винтов или болтов, размещенных в теле матрицы или пуансона.

Устройство используется следующим образом. Между матрицей 1 и пуансоном 2 в постели 4 размещается заготовка 5. Все детали стягиваются с помощью крепежных винтов или болтов 6 в пакет, после чего сборка нагревается до температуры, при которой материал матрицы и пуансона начинает "вспоминать" свою форму и деформировать заготовку, придавая ей требуемую винтообразную форму. После достижения требуемой степени изгиба заготовки крепежные детали убираются, а заготовка лопасти извлекается из постели матрицы.

Для того чтобы матрицу и пуансон вновь использовать для формообразования, им следует вновь придать плоскую форму при обычной комнатной температуре. Эту операцию можно выполнять с помощью пресса или с использованием слесарного инструмента.

В ходе экспериментальной проверки предлагаемого способа и устройства приведено формообразование лопастей рабочего колеса водометного движителя с помощью матрицы и пуансона, выполненных из материала с эффектом памяти формы.

Характеристика материала: сплав TНI, плавка 1819 ТУ 1-809-728-79, температура М_н = 15^оС, температура А_н = 95^оС, предел текучести низкотемпературной фазы 110 МПа, напряжения, генерируемые при возврате формы - 400 МПа. Матрица и пуансон представляли собой два секторных участка плоского диска, по форме подобные заготовке лопасти. Толщина пластин матрицы и пуансона одинаковые и составили по 10 мм каждая. При температуре 480^оС эти детали пресса подвергнуты отжигу для фиксации в материале "памяти" в виде винтовой поверхности между матрицей и пуансоном. После этого при температуре 0^оС матрице и пуансону была придана плоская форма. В качестве заготовки лопасти использована пластина толщиной 5 мм из материала 08Х18Н10Т.

После формообразования заготовок по предложенному способу получены следующие результаты
при нагревании пакета матрица - заготовка - пуансон до температуры 98^оС (в горячей воде) вся сборка принимала винтообразную форму; шаг полученных заготовок - 241 ± 1 мм;
среднее время процесса формообразования, включая придание матрицы и пуансону плоской формы, сборку пакета, его нагревание и извлечение заготовки 27 мин. (56) Авторское свидетельство СССР N 1488090, кл. B 21 K 3/04, 1989.

Использование: обработка металлов давлением, технология изготовления лопастей гребных винтов и конструкции штампов для их изготовления. Сущность: способ заключается в том, что заготовку лопасти помещают между матрицей и пуансоном. Матрица и пуансон выполнены из материала с эффектом памяти формы. Инструменты соединяют между собой болтами. Нагревают собранный пакет до температуры начала в материале инструмента обратных мартенситных превращений, в результате чего детали штампа деформируются и придают заготовке требуемую винтообразную форму. Температуру нагрева определяют по формуле. Устройство для осуществления способа содержит матрицу и пуансон, выполненные в виде плоских пластин с отверстиями по периметру. Один из инструментов снабжен профилированной гравюрой. Гравюра ограничена выступами, выполненными в виде головок крепежных деталей. 2 с и 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ формообразования лопастей гребных винтов, преимущественно рабочих колес водометных движителей, включающий формообразование профиля поперечного сечения тела лопасти и последующее формообразование винтовой поверхности лопасти путем ее обработки в штампе силовым воздействием с одновременным нагревом заготовки, размещенной между матрицей и пуансоном, отличающийся тем, что, с целью снижения материалоемкости штампа и упрощения его конструкции, после формообразования профиля лопасти заготовку помещают между матрицей и пуансоном, имеющими форму пластин и выполненными из материала, обладающего эффектом памяти формы, соединяют матрицу и пуансон между собой с помощью крепежных деталей в пакет, после чего нагревают упомянутый пакет до температуры начала в материале матрицы и пуансона обратных мартенситных превращений, величину которой T выбирают в зависимости от требуемого шага лопасти по формуле
T = S · K,
где S - шаг лопасти;
K - коэффициент, полученный методом регрессивного анализа при обработке экспериментальных данных. 2. Устройство для формообразования лопастей гребных винтов, включающее матрицу и пуансон, отличающееся тем, что, с целью снижения материалоемкости штампа и упрощения его конструкции, матрица и пуансон выполнены в виде плоских пластин из материала с эффектом памяти формы и имеют сквозные отверстия по периметру для соединения их между собой крепежными деталями, причем один из инструментов снабжен профилированной гравюрой, форма которой ответна форме размещаемой в ней плоской заготовки лопасти, а глубина меньше толщины заготовки. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что гравюра ограничена выступами, выполненными на внутренней поверхности инструмента, причем высота выступов меньше толщины заготовки лопасти. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что выступы выполнены в виде головок крепежных деталей.