СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОЛЕЦ Российский патент 2006 года по МПК B21J1/04 B21K1/28 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в металлургической и авиационной промышленности при производстве деталей ответственного назначения, преимущественно для изготовления деталей газотурбинных двигателей, например колец.

Известен способ изготовления колец для газотурбинных двигателей (ГТД), преимущественно из цилиндрической заготовки на плоских бойках, включающий осадку, прошивку и раскатку прошитой заготовки на окончательные размеры поковки. При этом осадку заготовки осуществляют вдоль продольной оси последней, т.е. производят осадку в торец (Кордюков В.П., Коротких Е.Л. Свободная ковка, М., Машиностроение, 1974 г., с.160-166) - прототип.

Однако данный способ не позволяет получить оптимальных физико-механических свойств готового изделия в направлении максимальных рабочих напряжений, возникающих при работе изделия, а, следовательно, не обеспечивает требуемого ресурса детали, так как в данном случае не учитывается исходная направленность волокна в заготовке.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является улучшение физико-механических свойств изделия (таких, как электромагнитная проницаемость, прочность, пластичность, ударная вязкость и т.д.) в направлении действия максимальных разрушающих напряжений при эксплуатации. Применительно к кольцам ГТД - в тангенциальном направлении.

Указанный технический результат достигается тем, способ изготовления кольца на бойках включает нагрев заготовки, ее осадку, прошивку и раскатку прошитой заготовки на окончательные размеры кольца, после чего производят поперечную осадку заготовки с получением пластины, после чего полученную пластину устанавливают в плоские бойки с обеспечением вертикальности направления волокна материала пластины и осуществляют ее обкатку на диск путем обжатий, после обкатки пластину кантуют, а перед прошивкой выравнивают ее торцевые поверхности.

Поперечную осадку могут осуществлять до толщины заготовки не менее ширины готового кольца.

Выравнивание торцевых поверхностей заготовки могут осуществлять путем разгонки.

После обкатки заготовку кантуют, например, на 90°.

Под вертикальным направлением волокна (вертикальностью) понимается, что оно ориентировано в направлении высоты бойков, т.е. между их рабочими поверхностями (направление волокон негоризонтальное).

Совокупность поперечной осадки (плющения) цилиндрической заготовки (или заготовки другой формы) и последующей ее обкатки на диск позволяет сформировать направленную волокнистую структуру тангенциального направления, окончательно формируемую последующей операцией раскатки прошитой заготовки (изделия), и, следовательно, обеспечить заявляемый технический результат.

Осуществление поперечной осадки до толщины не менее ширины кольца сводит к минимуму вспомогательные операции правки и доведения до окончательных размеров высоты кольца, т.е. обеспечивает повышение технологичности процесса.

Выравнивание торцов диска заготовки путем разгонки сохраняет тангенциальную направленность волокна в конечном изделии - кольце.

Способ осуществляют следующим образом. Отрезают от катанной или кованной штанги-прутка мерную заготовку, например цилиндрической формы с диаметром D и длиной Н, нагревают ее до ковочной температуры, которая зависит, в частности, от материала заготовки, после чего осуществляют ковку на плоских бойках (на прессе или молоте). Укладывают заготовку на нижнем плоском бойке с установкой ее на боковую цилиндрическую поверхность (т.е. по длине Н) вдоль или поперек бойка. Затем путем соударения бойков в результате поперечной осадки (плющения) цилиндрическую заготовку превращают в пластину, как правило, неправильной формы.

После чего ее кантуют, например, на 90° относительно поверхности бойков и производят ее обкатку на диск, после чего заготовку кантуют и производят выравнивание торцов диска. Так как в исходной штанге-прутке волокно имеет продольное направление, предлагаемыми по изобретению операциями производится не его перепутывание, как в известных решениях и в прототипе, а изменение его направления применительно к кольцам ГТД - в тангенциальном. Торцы полученного диска выравнивают, например, на плоских бойках до толщины диска не менее ширины кольца, причем предпочтительнее выравнивание осуществлять разгонкой. После выравнивания торцев и получения диска правильной формы производят операцию прошивки для получения заготовки кольца. После чего осуществляют раскатку полученной заготовки на оправке до окончательных размеров кольца. Так как после раскатки на оправке возможно изменение и искажение формы кольца, возможно в случае необходимости проведение операции его правки и доводки до окончательных размеров, а также калибровки внутреннего отверстия.

Конкретная реализация способа рассмотрена на примере изготовления кольцевого корпуса ГТД из сплава ВТ20.

Заготовку диаметром D=140 мм и длиной Н=70 мм нагревали в печи до температуры 1050°С, выдерживали 150 минут и на плоских бойках под молотом с весом падающих частей 3 т осаживали на пластину толщиной 80 мм и размерами в плоскости примерно 220×220 мм.

После чего пластину нагревали и осуществляли ковку на диск диаметром 200 мм и высотой 80 мм, поправляли торцы методом разгонки и осуществляли прошивку отверстия диаметром 100 мм. Затем заготовку еще раз нагревали и проводили раскатку прошитой заготовки на оправке до получения кольца со следующими размерами: наружный диаметр - 292 мм, внутренний - 227 мм и высота - 80 мм. Полученное кольцо передали на отжиг в соответствии с ТУ.

При сравнении механических свойств колец после стандартного отжига при 840°С с выдержкой 1,5 часа получили кольцо со следующими свойствами:

 σ_в кгс/мм²δ %Ψ %а_U кгс×м/см²Заявляемый99,814,937,210,6способ99,613,632,610,2Прототип99,99,634,86,7 99,59,635,27,8ОСТ 1 909009510,025,04,070115   где σ_в - предел прочности материала,
δ - относительное удлинение,
Ψ - относительное сужение,
а_U - ударная вязкость.

Таким образом, как видно из приведенной таблицы, заявляемый способ обеспечивает высокий уровень физико-механических свойств изделий (пластичность, склонность материала к хрупкому разрушению и т.д.) примерно на 30% выше требуемых в соответствии с нормативными документами.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в металлургической и авиационной промышленности при изготовлении деталей ответственного назначения, преимущественно деталей газотурбинных двигателей. Производят поперечную осадку заготовки с получением пластины. Затем полученную пластину устанавливают в плоские бойки с обеспечением вертикального направления волокна материала пластины и осуществляют ее обкатку на диск путем обжатий. После обкатки заготовку кантуют, выравнивают ее торцевые поверхности, производят прошивку и раскатку заготовки на окончательные размеры. В результате обеспечивается улучшение физико-механических свойств изделия в направлении действия максимальных нагрузок при эксплуатации. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ изготовления кольца на бойках, включающий нагрев заготовки, ее осадку, прошивку и раскатку прошитой заготовки на окончательные размеры кольца, отличающийся тем, что производят поперечную осадку заготовки с получением пластины, после чего полученную пластину устанавливают в плоские бойки с обеспечением вертикального направления волокна материала пластины и осуществляют ее обкатку на диск путем обжатий, после обкатки заготовку кантуют, а перед прошивкой выравнивают ее торцевые поверхности.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поперечную осадку производят до получения пластины толщиной не менее ширины готового кольца.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что выравнивание торцевых поверхностей заготовки осуществляют путем разгонки.