СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ПАНЕЛЕЙ Российский патент 1994 года по МПК B23K31/00 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и диффузионной сварке и может быть использовано для изготовления методом совмещенного процесса сверхпластической формовки и диффузионной сварки сложнопрофильных изделий типа панелей.

Известен способ изготовления панелей, при котором листовые заготовки наполнителя собирают в пакет и соединяют между собой в определенных местах сваркой, после чего пакет герметизируют по контуру, с установкой в технологической зоне газоподводящего трубопровода, затем помещают пакет в штамповую оснастку между разнесенными обшивками, нагревают до температуры сверхпластичности, в процессе нагрева продувают полость штампа аргоном для удаления воздуха и удержания верхнего листа обшивок от провисания, формуют подачей давления между листами наполнителя до полного контакта образующихся ячеек между собой и обшивками. Применение разнесенных обшивок способствует свободному удалению инертного газа из пространства между контактирующими поверхностями, что позволяет получать качественное диффузионное соединение. Недостатками данного способа являются усложнение штамповой оснастки для получения герметичной полости и повышенный расход инертного газа для ее продува и создания инертной атмосферы.

Известен также способ изготовления панелей, при котором листы наполнителя соединяют между собой по заданному рисунку сваркой, собирают в пакет вместе с обшивками и герметизируют по контуру, с установкой в технологической зоне газоподводящих трубопроводов, помещают в штамповую оснастку, нагревают до температуры сверхпластичности и осуществляют формовку обшивок подачей давления между ними и листами наполнителя, после завершения формовки обшивок давление стравливают и подают его между листами наполнителя до формирования ячеек и сварки контактирующих поверхностей, при этом газ, вытесняемый в процессе формовки наполнителя, удаляется через трубопровод для подачи давления между обшивками и наполнителем [1].

Для удаления газа известно использование вакуумирования пространства между наполнителем и обшивками, что требует усложнения оснастки для предотвращения провисания обшивок и дополнительного оборудования для откачки вакуума. Возможно удаление формовочного газа только за счет его вытеснения при изменении объема полости, без дополнительных средств откачки, что не может гарантировать полный вывод газа из-за возможного перекрытий путей отвода, особенно на поздних стадиях формовки.

Наличие между свариваемыми поверхностями остаточного газа затрудняет развитие физического контакта и препятствует получению качественного диффузионного соединения.

Целью изобретения является повышение качества диффузионного соединения за счет гарантированного отвода формовочного газа без усложнения оснастки и использования дополнительного оборудования.

Для достижения этой цели в способе изготовления панелей, при котором листовые заготовки наполнителя соединяют сваркой между собой по определенному рисунку, собирают в пакет с листами обшивок, герметизируют по контуру, устанавливают в технологическую оснастку и формуют подачей давления газа через трубопроводы, расположенные в технологической зоне, последовательно, вначале между листами обшивок и наполнителем, затем между листами наполнителя, листы обшивки, по крайней мере, с одной стороны периметра пакета, напротив каждого шва, образующего рисунок наполнителя, подвергают дополнительной деформации с образованием между обшивками и наполнителем каналов, ширина которых удовлетворяет условию:
2 ρ_обш < b ≅ 2 ρ_нап + 2δ_нап, где ρ_обш - предельный радиус формовки обшивки;
b - ширина канала;
ρ_нап - предельный радиус формовки наполнителя;
δ_нап - толщина листа наполнителя и представляющих собой в плане продолжение в технологическую зону швов наполнителя, а также сообщающихся с системой ввода-отвода газа.

Преимущество предлагаемого изобретения состоит в том, что образующиеся в процессе формовки газопроводящие каналы, благодаря своим размерам не перекрываются при формовке наполнителя и работают на всех этапах процесса, обеспечивая гарантированный отвод инертного газа.

При формовке наполнителя, по мере заполнения им пространства между обшивками, в угловых зонах ячеек образуются естественные газопроводящие пути, ограниченные недоформованными углами ячеек, которые представляют собой сообщающуюся сеть, повторяющую рисунок наполнителя. Газопроводящие пути являются областью скопления и средством отвода инертного газа, но при этом в зоне штамповочного уклона, где имеет место изменение строительной высоты панели, происходит резкий перегиб газопроводящих путей, что на заключительной стадии формовки приводит к передавливанию их русла и прекращению выполнения проводящей функции. Для обеспечения гарантированного отвода газа в технологической зоне предусматривают дополнительную деформацию обшивки таким образом, что между обшивкой и наполнителем образуются каналы, которые являются продолжением естественных газопроводящих путей до места подсоединения системы ввода-отвода газа.

Для получения каналов на рабочей поверхности в технологической части штамповой оснастки выполняют микрорельеф в виде протяженных углублений, начинающихся на поверхности штамповочного уклона и продолжающиеся до места подсоединения системы ввода-отвода газа. При этом, чтобы образующиеся при формировании микрорельефа каналы выполняли свои функцию на всех этапах формовки, рекомендуется ширину углублений выбирать из условия:
2 δ_обш + 2 ρ_обш < B ≅ 2 ρ_нап +
+ 2 δ_нап + 2 δ_обш, (1) где δ_обш - толщина листа обшивки;
ρ_обш - предельный радиус формовки обшивки;
B - ширина углубления;
ρ_нап - предельный радиус формовки наполнителя;
δ_нап - толщина листа наполнителя;
δ_обш - толщина листа обшивки. При соблюдении данного условия, после заполнения углубления листом обшивки, ширина канала b, связанная с шириной углубления B равенством:
b = B - 2 δ_обш, равняется такой величине, при которой заполнение канала листом наполнителя невозможно. Критическая величина, определяющая степень заполнения углубления формующимся наполнителем, обусловлена предельным радиусом формовки, который вычисляется по формуле:
ρ_пред = , (2) где ρ_пред - предельный радиус формовки;
σ_тч - напряжение течения;
δ- толщина листа;
Р - максимальное давление при формовке.

Известно решение, при котором осуществляется отвод газа посредством канала и надрезов. Но при этом канал выполняет функцию отвода газа до определенного момента, после чего полностью перекрывается при деформации соединяемых поверхностей и отвод газа прекращается. Для удаления газа на заключительной стадии деформации на поверхности соединяемых деталей в месте контакта выполняют надрезы, которые действуют аналогично естественным газопроводящим путям при формовки панели и имеют выход непосредственно в атмосферу.

В процессе формовки панели образуется замкнутая полость, не сообщающаяся с атмосферой, и естественные газопроводящие пути, аналогичные надрезам в известном решении, перестают выполнять свою функцию, что ведет к невозможности гарантировать качество диффузионного соединения по всей поверхности панели. Совокупность признаков заявляемого решения позволяет решить указанную проблему и сделать вывод о соответствии решения критерию "существенные отличия".

На чертеже показано расположение листов обшивки и наполнителя, образующих газопроводящий канал. В процессе формовки, при подаче давления между листом обшивки 1 и листом наполнителя 2 обшивочный лист заформовывается в углубление 3, выполненное в матрице 4, при этом между обшивкой и наполнителем образуется газопроводящий канал 5.

Способ осуществляется следующим образом. В технологической части матрицы оснастки, по крайней мере с одной стороны периметра, выполняют углубления, начинающиеся на штамповочном уклоне в местах формирования силовых ребер панели и продолжающиеся до места подсоединения системы ввода-отвода газа. Ширину углубления определяют в зависимости от заданной толщины обшивки и наполнителя из условия (1). Высоту, выполняемого в матрице углубления, выбирают такую, чтобы ее отношение к ширине не превышало 0,5, что является общей рекомендацией по формовке в матрицу. Пакет, служащий заготовкой панели, помещают в оснастку и производят нагрев. По завершении нагрева оснастки подают давление между листами обшивки и наполнителя, при этом вначале отформовываются каналы, по которым газ попадает в основную полость формовки обшивок. После формовки обшивок давление подается между листами наполнителя, а из полости между обшивками и наполнителем давление стравливается и остатки газа в процессе формирования ячеек вытесняются через каналы в систему ввода-отвода газа. Лист наполнителя не заформовывается в канал и таким образом не препятствует отводу инертного газа.

П р и м е р. Изготавливают четырехслойную панель из титанового сплава ВТ-14. Толщина листов наполнителя равна 0,5 мм, толщина листов обшивок - 0,3 мм. По формуле (2) определяют предельные радиусы формовки: для наполнителя 0,75 мм, для обшивки 0,45 мм. Из условия (1) выбирают необходимую ширину углубления и принимают ее равной 3 мм. В матрице с одной стороны периметра выполняют протяженные углубления, начинающиеся на штамповочном уклоне и продолжающиеся в технологическую зону до места подсоединения системы ввода-отвода газа.

Число углублений равно числу швов наполнителя, выходящих на данную сторону периметра. Глубина углублений равна 1,5 мм. Заготовку панели помещают в оснастку, нагревают до температуры 870^оС, подают давление 10 атм между обшивками и наполнителем, после отформовки каналов и обшивок давление стравливают и подают между листами наполнителя 20 атм до формообразования ячеек и диффузионного соединения контактирующих поверхностей, после чего оснастку охлаждают и извлекают готовую панель.

Исследование панелей, полученных по предлагаемому способу, выявило качество диффузионного соединения, не уступающее полученному в случае использования вакуумирования полости обшивки, при этом себестоимость изготовления панели снизилась на 42%.

Использование: сверхпластическая формовка и диффузионная сварка сложно - профильных изделий типа панелей. Сущность изобретения: листы обшивки, по крайней мере, с одной стороны периметра пакета напротив каждого шва, образующего рисунок наполнителя, подвергают дополнительной деформации с образованием между обшивками и наполнителем каналов, ширина которых удовлетворяет условию, представленному в формуле изобретения, и которые представляют собой в плане продолжение в технологическую зону швов наполнителя, а также сообщающихся с системой ввода-отвода газа. 1 ил.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ПАНЕЛЕЙ, при котором осуществляют соединение листов наполнителя по заданному рисунку сварными швами, сборку в пакет с листами обшивки, герметизацию по контуру, установку в технологической оснастке, нагрев до температуры сверхпластичности и формовку подачей под давлением газа через трубопроводы, расположенные в технологической зоне, вначале между листами наполнителя и обшивкой, а затем между листами наполнителя, отличающийся тем, что листы обшивки по крайней мере с одной стороны пакета напротив каждого шва наполнителя подвергают дополнительной деформации для получения между обшивкой и наполнителем каналов, которые соединяют с трубопроводами и ширина которых удовлетворяет условию
2 ρ_общ << b ≅ 2 ρ_нап + 2 δ_нап ,
где ρ_общ - предельный радиус формовки листа обшивки;
b - ширина листа;
ρ_нап - предельный радиус формовки листа наполнителя;
δ_нап - толщина листа наполнителя,
причем в плане эти каналы являются продолжением в технологическую зону швов наполнителя.