СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ ИЗ ДВУХ СКЛЕИВАЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 1997 года по МПК B21D53/04 B21D26/02 B21D39/03 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении изделий из листовых заготовок.

Известен способ изготовления изделия из двух склеиваемых деталей, включающий формовку заготовок и последующее соединение полученных в результате формовки деталей посредством адгезионного слоя, помещаемого между их соединениями поверхностями.

Этот способ требует выполнения многочисленных ручных операций и, в общем случае, введения промежуточного слоя в момент формовки для исключения возможности склеивания заготовок в процессе этой операции и обеспечения получения деталей требуемой формы. Этот способ пригоден для изделий больших габаритных размеров, изготавливаемых в производстве относительно небольшими партиями.

Изобретение направлено на повышение удобства работы при изготовлении крупногабаритных изделий за счет исключения трудоемких и малопроизводительных ручных операций, используемых при смене технологического оборудования и оснастки.

Задача изобретения решается тем, что в известном способе изготовления изделия из двух склеиваемых деталей, включающем формовку заготовок и последующее соединение полученных в результате формовки деталей посредством адгезионного слоя, помещаемого между их соединяемыми поверхностями, заготовки располагают, соответственно, на пуансоне пресса, имеющем формообразующую полость, и на матрице, после чего производят размещение адгезионного слоя путем нанесения его на соединяемую поверхность, по меньшей мере, одной из заготовок, формовку осуществляют путем создания избыточного давления в пространстве между заготовками для формообразования одной из них с обеспечением деформирования по формообразующей полости пуансона, в которой отсутствует давление, при этом в процессе формовки матрицу и пуансон удерживают в разведенном положении, а соединение отформованных деталей производят путем их сжатия, осуществляемого при сближении пуансона и матрицы.

При этом формовку заготовок могут производить после нагрева их до температуры сверхпластичности материала заготовок.

В качестве заготовок могут быть использованы листы для панели с силовыми элементами типа нервюр.

Заготовки могут быть изготовлены из алюминиевого сплава, а для создания адгезионного слоя может быть использован термопластичный материал, при этом между адгезионным слоем и поверхностью заготовки может быть помещен подслой сцепления.

На фиг. 1 представлено устройство для осуществления способа перед формовкой; на фиг. 2 то же, после осуществления формовки; на фиг. 3 - готовое изделие.

Способ осуществляется следующим образом.

Для изготовления элемента капота авиационного двигателя, имеющего цилиндрическую или коническую поверхность, наружный алюминиевый лист 1 располагают на вогнутой поверхности верхней матрицы 2, а внутренний алюминиевый лист 3 на выпуклой поверхности нижнего пуансона 4, которая имеет канавки 5 по форме элементов жесткости (нервюр), которые должны быть отформованы на внутреннем листе 3. Алюминиевые листы 1 и 3 предварительно обезжиривают и протравливают и на склеиваемые участки поверхностей листов 1 и 3, т. е. на участки, не совпадающие с канавками 5, наносят тонкий подслой сцепления 6 (толщина слоя не превышает нескольких микрон) при помощи специального пистолета. Затем на этот подслой наносят слой адгезионного материала 7 толщиной, обычно не превышающей нескольких десятков микрон.

Материал подслоя сцепления может представлять собой термоотверждаемое вещество или термостабильный материал типа полиамида, тогда как адгезионный материал может представлять собой вещество типа полиэфиркетона (РЕЕК) или, в более общем случае, некоторый термопластичный материал. Наиболее простой способ предохранения частей соединяемых между собой листов 1 и 3, не подлежащих склеиванию, состоит в том, что эти части закрывают удаляемыми затем гибкими трафаретными листами.

Следующий этапа способа в соответствии с изобретением состоит в горячей формовке листов. В приведенном примере такой формовке подвергается только внутренний лист 3. Пуансон 4 и матрица 2 удерживаются на расстоянии друг от друга при помощи специального разводящего устройства 8, которое поддерживает заданное расстояние между матрицей и пуансоном.

Разводящее устройство 8 может, например, представлять собой клинья, которые могут быть установлены на то же самое основание 9, что и нижний пуансон 4, и могут проходить вдоль всей линии стыка пуансона и матрицы.

Матрица 2 и пуансон 4 расположены внутри герметичной камеры 10, в которой создается давление, достаточное для того, чтобы материал листов 1 и 3 на участках, непосредственно не поддерживаемых поверхностями матрицы 2 и пуансона 4, был деформирован. Элементы жесткости (нервюры) 11 формируют в результате деформирования металла внутреннего листа 3, заполняющего канавки 5 (см. фиг. 2).

Боковые поверхности матрицы 2 и пуансона 4, не показанные на фиг. 1 3, покрыты панелями, обеспечивающими герметичную и гладкую поверхность стыковки и позволяющими изолировать объемы канавок 5 между внутренним листом 3 и нижним пуансоном 4, и, таким образом, избежать создания в них повышенного давления. Сообщение между полостью, образованной листами 1 и 3, и объемом камеры 10 осуществляется через канал 12, выполненный в разводящем устройстве 8.

Затем осуществляют нагрев для того, чтобы обеспечить возможность достаточных по величине пластических деформаций. Достаточной температурой нагрева, например, может быть 350 400^oC при наличии избыточного давления в диапазоне 0,6 1,5 бар. В тех случаях, когда требуемые пластические деформации не столь значительны, могут быть использованы относительно более низкие температуры. В этом случае нет необходимости нагревать листы до температуры сверхпластичности. Необходимо, разумеется, чтобы в процессе нагрева не происходило термического разрушения адгезивного слоя 7 и подслоя сцепления 6, однако это зависит от используемых в конкретном случае материалов. На практике выполнить это условие достаточно просто. Впрочем, подслой сцепления 6 в целом ряде часто встречающихся на практике случаев может совсем не использоваться.

На следующем этапе способа удаляют разводящее устройство 8 таким образом, чтобы верхняя матрица 2 опустилась под действием собственного веса на нижний пуансон 4 и чтобы склеиваемые между собой листы 1 и 3 вошли в механический контакт. Нагрев и избыточное давление должны быть обеспечены в тех пределах, которые гарантируют для используемых в данном случае материалов превращение слоя 7 в адгезионный состав и выполнение условия, в соответствии с которым соединяемые между собой листы 1 и 3 сжимаются достаточно плотно и сильно между собой с тем, чтобы обеспечить их надлежащее сжатие матрицей 2 и пуансоном 4.

При температурах 380 420^oC и давлении в пределах 1 5 бар получаются удовлетворительные результаты. На этом этапе боковые панели могут быть устранены совсем.

Затем происходит охлаждение до температуры окружающей среды и отформованные таким образом детали вынимают из формы, в который листы 1 и 3 после упомянутых выше технологических операций принимают вид упрочненных нервюрами панелей, показанных на фиг. 3 в увеличенном масштабе, и которые представляют достаточную прочность и монолитность в склеенном состоянии.

При реализации изобретения в процессе изъятия разводящего устройства 8 не требуется никаких дополнительных манипуляций.

Ниже приведены несколько примеров практического использования изобретения для иллюстрации режимов сверхпластичности используемых материалов:
для алюминиевого сплава TA6V необходимо обеспечить температуру 925^oC и приложить давление порядка 20 бар для обеспечения удлинения формируемого элемента на уровне порядка 1000
для сплава AZ5GY нагрев до температуры 510^oC и приложение давления порядка 5 бар к лицевой поверхности формуемого листа и противодавления на уровне 40 бар с противоположной стороны обеспечивает относительное удлинение порядка 1000 что требует наличия двух источников давления,
для сплава Инконель 718 отмечено, что нагрев до температуры 985^oC и приложение давления порядка 20 бар позволяет получить удлинение до 500

Использование: в машиностроении при изготовлении изделий из листовых заготовок. Сущность изобретения: две листовые заготовки располагают, соответственно, на пуансоне пресса, имеющем формообразующую полость, и на матрице. Затем на соединяемую поверхность, по меньшей мере, одной из заготовок наносят адгезионный слой. В пространстве между заготовками создают избыточное давление для обеспечения формообразования одной из них по фомообразующей полости пуансона. В процессе формовки пуансон и матрицу удерживают в разведенном положении. Соединение отформованных деталей производят путем их сжатия при сближении пуансона и матрицы. Между адгезионным слоем и поверхностью заготовки может быть нанесен подслой сцепления. 5 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ изготовления изделия из двух склеиваемых деталей, включающий формовку заготовок и последующее соединение полученных в результате формовки деталей посредством адгезионного слоя, помещаемого между их соединяемыми поверхностями, отличающийся тем, что заготовки располагают соответственно на пуансоне пресса, имеющем формообразующую полость, и на матрице, после чего производят размещение адгезионного слоя путем нанесения его на соединяемую поверхность по меньшей мере одной из заготовок, формовку осуществляют путем создания избыточного давления в пространстве между заготовками для формообразования одной из них с обеспечением деформирования по формообразующей полости пуансона, в которой отсутствует давление, при этом в процессе формовки матрицу и пуансон удерживают в разведенном положении, а соединение отформованных деталей производят путем их сжатия, осуществляемого при сближении пуансона и матрицы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формовку заготовок производят после нагрева их до температуры сверхпластичности материала заготовок. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве заготовок используют листы для панели с силовыми элементами типа нервюр. 4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что используют заготовки из алюминиевого сплава. 5. Способ по пп. 1 4, отличающийся тем, что в качестве материала для адгезионного слоя используют термопластичный материал. 6. Способ по пп. 1 5, отличающийся тем, что между адгезионным слоем и поверхностью заготовки наносят подслой сцепления.