СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ ИЗ ЗАГОТОВКИ, ВЫПОЛНЕННОЙ ИЗ ТРУДНОДЕФОРМИРУЕМОГО МЕТАЛЛА ИЛИ СПЛАВА Российский патент 2016 года по МПК B23K3/04 B21D53/78 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу изотермической штамповки заготовок. Оно может быть использовано для формообразования заготовок, получения изделий преимущественно из заготовок малого объема сложной формы, например, в виде лопаток из труднодеформируемых металлов или сплавов, например, титана и его сплавов.

Известен способ формообразования изделий из малопластичного, труднодеформируемого металла (а.с. №186957, МПК В21D 22/02, от 06.01.84 г.) В раскрытый нагреватель устанавливают матрицу с заготовкой в ней и деформируемый металл. Нагревают их до заданной температуры. К основанию матрицы перемещают вверх щиток гидроцилиндра и устанавливают в корпус устройства для штамповки соосно с контейнером. При этом нагреватель, состоящий из двух полуцилиндрических секций, соединенных между собой шарнирно, размыкает нагретый формирующий инструмент (матрицу с деформирующим металлом), беспрепятственно проходит в контейнере, где деформируют по матрице заготовку за счет усилий со стороны штока. Затем усилие снимают и отштампованную деталь вместе с формующим инструментом с помощью выталкивателя размещают в контейнере в его верхней части, затем удаляют из контейнера.

Способ рассчитан на формирование из листового материала изделий и, следовательно, сложно качественно реализовать его для объемных заготовок, требующих большего времени для деформирования заготовки в матрице с получением объемного изделия. В качестве пуансона используют деформирующийся металл, который невозможно использовать в случае формообразования объемных труднодеформируемых заготовок и получения изделий сложной конфигурации, т.к. нагрет он до температуры заготовки и срабатывает больше в качестве смазки, а не пуансона.

Известен способ формообразования изделий (а.с. №535984 МПК В21D 22/02, от 07.01.75 г.), при котором заготовку помещают в инструментальную оснастку в мягкой оболочке, последнюю вакуумируют и подвергают термическому воздействию с помощью струи разогретого газа, которому задают давление, необходимое для деформирования заготовки.

Способ имеет ограничение. Он реализуется для листовых заготовок, где достаточно использование невысокой температуры и давления для деформирования тонколистового материала. Способ энергоемок, требует к инструментальной оснастке использования мягкой оболочки и введение вакуума в сборку, что усложняет процесс штамповки. Он применим для одиночного варианта штамповки, сложен при использовании конвейерного варианта формообразования объемных заготовок, а также для формообразования объемных заготовок из высокотемпературных труднодеформируемых материалов, сложной конфигурации, переменного сечения (например, из титановой цилиндрической заготовки).

Известен способ изотермической штамповки (пат. №2459683, МПК B21J 5/02 от 25.02.11 г.), включающий нагрев заготовок до твердожидкого состояния, установку ее в нагретый штамп, деформирование в штампе и удаление готового изделия. Штамп используют в виде контейнера, с размещенными в нем двумя полуматрицами, пуансоном и выталкивателем. Штамп нагревают до температуры заготовки, находящейся в твердожидком состоянии. Полуматрицы после деформирования заготовки выталкивают из контейнера и производят интенсивное охлаждение детали до температуры, при которой ее материал находится в твердом состоянии. Затем полуматрицы размыкают относительно друг друга и удаляют готовое изделие. Способ позволяет штамповать объемные заготовки с получением изделия переменного сечения, сложной конфигурации из таких металлов, которые имеют низкую температуру деформации и легко деформируемые (алюминий и его сплавы, например корпуса буксы). Штамповка труднодеформируемых, высокотемпературных заготовок проблематична для получения точных изделий. Так, например, трудноформируемый титан в твердом состоянии сложно деформировать из объемной заготовки (например, прутковой формы) и получить изделие с повышенной точностью переменного сечения, сложного профиля (например, лопатки), т.к. необходимо вести раздельный нагрев заготовки и штампа, что приводит к резкому перепаду температуры как внутри полуматрицы, так и на поверхности заготовки в процессе заведения заготовки в полуматрицы. К тому же воздух попадает в участки с узким сечением, образуя воздушную подушку после помещения заготовки в матрицу, что не позволяет качественно и точно завершить формообразование изделия. Присутствие воздуха в матрице приведет к окислению поверхности заготовки, введению в нее газовой составляющей из окружающего пространства (например, в титановую заготовку), которая быстро поглощает газы, что неизбежно изменит физико-механические свойства изделия в сторону ухудшения, снизит пластичность материала при штамповке. Нагрев штампа, включающего контейнер с матрицей, является энергоемким.

Известен способ изотермического формообразования штамповкой изделия из заготовок (а.с. №1163955, МПК B21J 1/06, от 09.03.83 г.), включающий помещение исходной заготовки с небольшим натягом в рабочее пространство между половинами вставки, покрытыми в плоскости разъема тонким слоем термостойкой эмали. Нагревают заготовку от силового трансформатора с помощью шин. При этом через заготовку и вставки пропускают электрический ток определенной плотности до достижения во всем объеме заготовки и во вставках заданной температуры. Затем подачу тока прекращают, включают пресс и заготовку штампуют. По окончании штамповки через отверстия в плите и крышке подают сжатый воздух для раскрытия матричного узла и удаления из него изделия в поршневую полость пневмоцилиндра. После этого изделие свободно удаляют из гравюры.

Способ имеет ограничение: его сложно реализовать для получения изделий, например, из титана, т.к. титан чувствителен к окислению, снижающему пластичность штампуемой заготовки и тем самым ухудшающему заполняемость формы нагретой заготовкой. В способе предусмотрено нанесение термостойкого покрытия, но его наносят по плоскости разъема, между вставками штампа, жестко установленных в разъемном корпусе, обеспечивая покрытием герметизацию между вставками и, соответственно, неокисляемость поверхностей разъема, а не заготовок, штампуемых в них. К тому же создаются условия неравномерного термофиксирования изделия по объему и получения различных по сечению структур и размеров структурных элементов в нем. Способ ограничен функционально, т.к. изделия можно получить только выдавливанием, что не всегда позволяет получить точные изделия из таких трудноформируемых материалов как титан. Тем более, если он легирован.

Известен способ изотермической штамповки заготовок для получения изделий из них (а.с. №706169, МПК B21J 1/06, от 11.05.77 г.), включающий нагрев отдельно заготовки и отдельно штампа вне деформирующего устройства, установку штампа с заготовкой в рабочую зону деформирующего устройства - гидравлического пресса, штамповку и извлечение изделия из штампа. Во время установки штампа и штамповки осуществляют отдельно нагрев следующего штампа и отдельно нагрев заготовки вне деформирующего инструмента. При этом всякий раз удаление штампа из рабочей зоны деформирующего устройства производят, не раскрывая штампа после штамповки каждого изделия. Непосредственно вслед за этим в рабочую зону деформирующего устройства устанавливают следующий нагретый штамп с очередной заготовкой.

Способ выбран в качестве прототипа заявляемому как наиболее близкое по технической сущности и положительному эффекту. К недостаткам способа относится то, что: штамп, с размещенной в нем заготовкой, нагревают одновременно до температуры деформации заготовки, но с раздельным нагревом относительно друг друга, а затем заводят в зону деформации устройства (в гидравлический пресс) вначале нагретый штамп, а затем устанавливают в нагретый штамп нагретую заготовку из труднодеформируемого титанового сплава для получения изделий, например, в виде лопаток ГТД. В связи с этим создаются условия для снижения пластичности заготовки при деформации изотермической штамповкой и как следствие - снижается точность воспроизведения заготовкой геометрии гравюры штампа, точность изготовления изделия из штампуемой заготовки. К снижению пластичности штампуемой заготовки приводит и незащищенность поверхности заготовки от окисления, перепад температур в самой заготовке при переносе ее в штамп и установке в зоне деформации. В штампе также успевает снизиться температура нагрева при установке в зону деформирования и во время переноса и во время размещения заготовки в нем. В штампе в узких, замкнутых частях при размещении заготовки в нем образуется воздушная подушка, что приводит к значительному снижению точности формообразования из заготовки изделия. Образование окисной пленки на поверхности сдерживает деформацию заготовки. К тому же половинки штампа в зону деформирования помещают без внешних зажимных фиксирующих элементов. Зажимной элемент в виде хомутов используют после штамповки для нераскрытия половинок штампа при переносе и охлаждении, что частично решает проблему. Несмотря на то что охлаждают заготовку, не раскрывая штамп, нет гарантии, что в получаемом изделии не будет происходить коробление, так как охлаждение осуществляют до температуры (Т), равной 0,77Т деформации заготовки, что приводит к возникновению напряжений первого рода после извлечения изделия из штампа и резкого охлаждения на открытом воздухе с высокой температуры (650°C). Тем более у изделий сложной конфигурации, переменного сечения. Температура 0,77Т деформации (650°C) близка к температуре деформации заготовки (850°C).

Технический результат изобретения направлен на повышение точности изготовления изделий из заготовок, преимущественно малого объема, с использованием труднодеформируемых металлов и их сплавов, преимущественно из титана и его сплавов.

Достигается технический результат изобретения тем что, как и в известном способе изотермической штамповки, преимущественно титановых заготовок, включающем нагрев вне деформирующего устройства штампа и заготовки, установку их в рабочую зону гидравлического пресса, компоновку заготовки в штампе, деформирование заготовки между половинками штампа при воздействии ползуна пресса на верхнюю половинку штампа, скрепление половинок штампа зажимным элементом, охлаждение компоновки без раскрытия штампа в период охлаждения до заданной температуры, размыкание половинок штампа и извлечение изделия из гравюры штампа, нагрев заготовки и штампа для последующей штамповки заготовки, установку их в зону деформирования непосредственно вслед за удалением из нее предыдущей компоновки, согласно изобретению вне деформирующего устройства используют прутковую мерную заготовку, поверхность которой вначале покрывают защитным слоем прочного высокотемпературного покрытия, который в процессе изотермической штамповки мерной заготовки переходит в пластичное состояние, затем при комнатной температуре в штамп размещают ориентированно в гравюру мерную заготовку с образованием компоновки: штамп-заготовка, компоновку нагревают во всем объеме до температуры деформации заготовки, нагретую компоновку закрепляют в контейнере с образованием сборки: контейнер-компоновка, проводят штамповку выдавливанием заготовки в полости штампа с получением предварительно отформованной заготовки под геометрию получаемого изделия, извлекают компоновку из сборки, затем извлекают заготовку с защитным покрытием на нем из штампа, размещают в штамп окончательной штамповки, выполненный из двух половинок: верхней и нижней, выполненных с точной гравюрой под штампуемое изделие; с образованием компоновки, которую размещают в контейнере и закрепляют в нем с образованием сборки посредством зажимного элемента, в качестве которого используют, например, клин, который устанавливают между контейнером и штампом; для окончательной штамповки полученную сборку нагревают до температуры деформации заготовки, устанавливают в зону деформирования пресса и производят деформирование предварительно отформованной заготовки в изотермических условиях с получением изделия путем воздействия ползуна пресса на верхнюю половину штампа, при скольжении ползуна по боковой поверхности зажимного элемента, например, клина и боковой поверхности контейнера. После чего сборку охлаждают до температуры, которая не превышает 0,5Т, где Т - температура деформации заготовки, и извлекают из штампа полученное изделие; при этом нагрев компоновки для штамповки выдавливанием следующей заготовки и сборки для окончательной штамповки производят во время штамповки предыдущей заготовки.

Сопоставительный анализ заявляемого способа с прототипом показал, что заявляемый способ изотермической штамповки отличается от прототипа последовательностью проводимых операций, наличием сочетания элементов в компоновке и сборке, креплением половинок штампа, режимом охлаждения.

До внесения штампа и заготовки в зону деформирования готовят прутковую мерную заготовку, обеспечивающую штамповку заготовки с получением изделия заданных параметров, геометрии, почти без излишков массы, с гарантией отсутствия ее недостатка при заполнении полости штампа.

Затем мерную заготовку покрывают защитным слоем высокотемпературного состава покрытия, так как нагрев проводят до температуры деформации из заготовок труднодеформируемых материалов, с расчетом, что покрытие твердое после нанесения, затем переходит в пластичное состояние в процессе штамповки, обеспечивая смазочные свойства на поверхности заготовки, позволяющие снизить усилия штамповки. Защитные свойства покрытия обеспечивают заготовке сохранение своих пластических свойств при деформации, неокисляемость в течение всего процесса штамповки и при переходе от предварительного к окончательному процессу штамповки, исключают газопоглощение материалом заготовки (например, титаном и его сплавами), что позволит предотвратить изменение физико-механических свойств заготовки и, следовательно, позволит получить изделие с заданной структурой и свойствами. При комнатной температуре эту заготовку размещают ориентированно в полость штампа для выдавливания. Штамп и заготовка, таким образом, образуют компоновку: штамп - мерная заготовка. Компоновку нагревают в печи до температуры деформации заготовки.

Нагревают заготовку и штамп не отдельно друг от друга, как в прототипе, а в компоновке, образованной при комнатной температуре, что позволяет упростить технологию нагрева, иметь компоновку с одинаковой температурой в штампе и заготовке, а в самой заготовке поддерживать одинаковую температуру по всему сечению во время штамповки. Таким образом, создаются более надежные условия для изотермической штамповки при решении поставленной задачи, с получением стабильной глобулярной мелкозернистой структуры и с последующим закреплением этого эффекта при окончательной штамповке. После нагрева компоновку закрепляют в контейнере с образованием сборки: контейнер-компоновка. Штампуют заготовку выдавливанием. Получают предварительно отштампованную заготовку под геометрию изделия, что позволяет улучшить условия формообразования изделия с гарантией получения его высокоточным. Охлаждают предварительно отштампованную заготовку. Поскольку проводят предварительную, а не окончательную штамповку, то без выдержки после извлечения компоновки из контейнера штамп раскрывают, извлекают отштампованную заготовку и с тем же защитным покрытием на поверхности заготовку помещают в штамп для окончательной штамповки, имеющий комнатную температуру с образованием компоновки: штамп - предварительно отштампованная заготовка, которую устанавливают в контейнер и закрепляют в контейнере зажимным элементом, например, клином с образованием сборки: контейнер, компоновка, например клин. При этом зажимной элемент, например клин, позволяет надежно закрепить обе половинки штампа, гарантируя соблюдение соосности их как до внесения в зону деформирования, так и во время деформирования, а также и при охлаждении, способствуя повышению точности формообразования из заготовки изделия.

В прототипе же зажимной элемент - хомуты используют только после одноэтапной штамповки на прессе заготовки для ее охлаждения в штампе, что не гарантирует соосности штампа, как при размещении горячей заготовки в горячий штамп в зоне деформации, так и в процессе деформации ее и, соответственно, не гарантирует получение точной геометрии заготовки, задаваемой гравюрой штампа, выполненной на внутренних поверхностях обеих половинок его.

В заявляемом способе всю сборку: контейнер, компоновка, зажимной элемент, например клин, нагревают до температуры деформации заготовки, что позволяет значительно повысить гарантию до получения высокоточного изделия, так как позволяет при окончательной штамповке обеспечить постоянство и равномерность температуры во всем объеме заготовки, уменьшить усилия деформации и тем самым ускорить процесс формообразования изделий. Покрытие на поверхности способствует сдерживанию теплопередачи от заготовки к сборке в процессе установки в зону деформации и в процессе штамповки, способствуя тем самым временной выдержке в сборке при температуре деформации заготовки, достаточной для прохождения структурных превращений и получения заданных механических свойств. После нагрева до температуры деформации заготовки сборку устанавливают на прессе в зону окончательного деформирования изотермической штамповкой и штампуют. При этом ползун пресса воздействует на верхнюю половинку штампа, при скольжении ползуна по боковой поверхности зажимного элемента, например клина и боковой поверхности контейнера, что гарантирует точность формообразования из заготовки изделия, так как не допускается никаких сдвигов, несоосности половинок штампа и обеспечивается высокоточное воспроизведение гравюры штампа. Закрепление этого эффекта идет в процессе охлаждения сборки. Сборку убирают из зоны деформации заготовки и охлаждают на воздухе до температуры, не превышающей 0,5Т, где Т - температура деформации заготовки, что надежно гарантирует повышение ее термофиксации формообразования в этом диапазоне (например, 450° ÷ 20°C), отсутствие коробления изделия, не требует длительной выдержки при этой температуре, снижает энергоемкость процесса охлаждения, гарантирует сохранение точности воспроизведения геометрии гравюры в изделии. Охлаждают сборку, не раскрывая в компоновке штамп и не расклинивая его в контейнере. Тем самым надежность термофиксации изделия усиливается. После охлаждения сборки зажимной элемент, в качестве которого используют клин, выбивают из контейнера, половинки штампа размыкаются и высокоточное изделие извлекают из гравюры штампа.

Из других известных источников не выявлено решений, имеющих признаки, совпадающие с признаками заявляемого способа. Следовательно, заявляемое решение является техническим, ново, имеет существенные отличия. Оно примышлено применимо, т.к. проведенные исследования показали устойчивую тенденцию получения высокоточных изделий на 300 изделиях. Способ не требует применение новых материалов, и, следовательно, возможно его широкое применение.

Способ осуществляется следующим образом по сравнению с прототипом.

В заявляемом способе штамп и заготовку нагревают вместе, в одном нагревательном устройстве и после того, как при комнатной температуре образуют компоновку из заготовки и штампа. В отличие от прототипа, в котором нагревают штамп и заготовку, например, из сплава титана раздельно и на разные температуры (850°C и 870°C). Следовательно, штамп и заготовка в заявляемом процессе штамповки имеет одну и ту же температуру нагрева, что позволяет осуществить объемный прогрев заготовки, задать режимом штамповки необходимые пластичные свойства труднодеформируемому материалу заготовки как в сердцевине, так и на поверхности. В заявляемом способе поверхность заготовки защищают. В отличие от прототипа, не защищающего от окисления поверхность заготовки до нагрева перед штамповкой. Для этого мерную прутковую заготовку покрывают защитным слоем, толщиной 50-95 мкм, порошковой эмалью, подбирая состав, позволяющий за одно нанесение использовать ее при предварительной и окончательной штамповках. Такая толщина - 50-95 мкм покрытия для мерной объемной заготовки из титана или его сплава является оптимальной, т.к. обеспечивает равномерность покрытия, например, в псевдоожиженном состоянии, улучшение комплекса технологических свойств, проявляющихся в процессе прессования заготовки. Например, эмаль ЭВТ-24 функционирует как смазка при этой толщине более эффективно, лучше вытекает из полости штампа, что гарантирует отсутствие ее в углах штампа и, соответственно, позволяет повысить точность воспроизведения геометрии гравюры в штампе и т.д. в процессе штамповки. Повышение толщины слоя приводит к налипанию его к поверхности штампа, в связи с увеличением давления на контактную поверхность происходит натирание или втирание. Меньшая толщина слоя чем 50 мкм не гарантирует равномерности покрытия, даже после обжига. К тому же появляется необходимость повторного нанесения слоя эмали после предварительной штамповки, что снижает производительность способа в связи с неоправданным появлением дополнительных затрат времени и материала покрытия. После нанесения покрытия, которое, прежде всего, защищает заготовку от окисления на всех этапах штамповки, проводимой в изотермических условиях формообразования изделия сложной конфигурации, например, лопаток типа ГДТ, штамповку осуществляют в два этапа: предварительная штамповка выдавливанием и окончательная штамповка под прессом, что позволяет в изотермических условиях значительно повысить точность формообразования заготовки, использовать конвейерную систему штамповки по принципу «заготовка за заготовкой», изготовив несколько идентичных штампов, и производя нагрев штампов с заготовкой в них одновременно или один за другим на одинаковую температуру в электропечи карусельного типа.

Обжиг эмалевого покрытия позволяет образовать сплошной защитный слой, что обеспечивает защиту от окисления при нагревании до штамповочной температуры, повышает смазочные свойства и теплоизоляцию заготовки из титана, которому свойственна повышенная чувствительность к перепаду температур как в сторону снижения, так и повышения в процессе штамповки, уменьшить, соответственно, усилия деформирования, по сравнению со способом прототипа.

Заготовку, формообразованную окончательно, охлаждают на воздухе в штампе, не раскрывая его, как и в прототипе, что позволяет избежать непроизвольного, неконтролируемого коробления в результате уменьшения остаточных напряжений в изделии, но в значительно большей степени в заявляемом способе, чем в прототипе, в связи с постепенным снижением температуры без перепадов до безопасной температуры (в пределах 0,5Τ деформации заготовки) для обслуживающего персонала, требующем осуществления непрерывности подготовительного и заключительного этапа штамповки в конвейерном режиме. В прототипе охлаждают заготовку до температуры 650°C, затем вынимают очень горячее изделие и тем самым создаются условия получения ожогов и других травм при конвейерной системе штамповки и не гарантируются достаточная степень снижения напряжений и изготовление изделий без коробления.

Процесс стабилизации структурообразования глобулярной структуры с мелким зерном, равномерно сформированным по всему объему от изделия к изделию, заявляемым способом получают за счет всего комплекса операций, их последовательности при предварительной и окончательной штамповке заготовок в изотермических условиях: заготовку нагревают в штампе, следовательно, нет перепада температуры ни в штампе, ни в заготовке при формообразовании, сопровождающемся структурообразованием, фиксируют ее с сохранением в заданном режиме превращений; проводят деформацию заготовки при температуре (например, 800-950°C) в области (α+β) превращения, чему дополнительно способствуют повышение пластичности, уменьшение усилий деформирования, а также использование покрытия, функционирующего как термоизолятор и смазка при температуре, используемой для деформации заготовок штамповкой, что сохраняет неизменным состояние структуры в заготовке до получения готового изделия, и стабильным от штамповки к штамповке, от заготовки к заготовке, от изделия к изделию, в конвейерном режиме.

Пример конкретной реализации способа.

Готовится прутковая мерная заготовка, например, из титанового сплава типа ВТ8М цилиндрической формы в соответствии с объемом полости штампа предварительной штамповки. Штамп предварительной штамповки состоит из двух полуматриц с гравюрой на каждой поверхности, контактной с заготовкой. Вначале поверхность мерной заготовки до заведения ее в штамп предварительной штамповки выдавливанием покрывают защитным покрытием, обеспечивающим защиту заготовки от окисления как при нагреве, так и в процессе деформирования и предотвращающим приваривание материала заготовки к внутренней поверхности штампа, к гравюре. Для этого на предварительно подготовленную шлифованием поверхность мерной заготовки наносят, например, электростатическим методом слой толщиной 50-95 мкм сухого порошка стеклоэмали, например, ЭВТ8 или ЭВТ-24 (ОСТ 1 90220-77, ОСТ 1 90221-77) в камерной установке типа УНПЭ-10. С помощью сжатого воздуха создаются условия, которые приводят порошок в псевдоожиженное состояние. В этом состоянии слой покрытия формируют за счет оседания частиц на поверхность мерной заготовки под действием электрического разряда. Исследования показали, что оптимальным слоем защиты для обоих этапов штамповки является слой 50-95 мкм. Слой меньшей толщины создает нестабильные условия защиты на предварительном этапе штамповки и требуется нанесение вновь слоя покрытия для защиты заготовки при окончательной штамповке, а больший - ведет к перерасходу материала и приводит к нежелательным действиям в пластичном состоянии в процессе деформирования в штампе, не позволяя заполнить углы заготовкой в полости штампа и тем самым получить точную, заданную геометрию отштампованной заготовки. Затем покрытие обжигают при температуре до 765°C в течение 20 минут в камерной электропечи с получением плотного слоя, без пор и трещин. Заготовку с покрытием на нем охлаждают на воздухе. Затем эту мерную заготовку при комнатной температуре укладывают в нижнюю половинку полуматрицы и закрывают второй полуматрицей и смыкают их по штифтам. Получают компоновку: штамп - мерная заготовка, которую нагревают в электропечи до температуры деформации заготовки (900-950°C для титанового сплава ВТ8М). Штамп готовят из жаропрочного сплава ЖС6. Нагретую компоновку устанавливают в контейнер, жестко удерживающий ее в процессе изотермической штамповки выдавливанием, с образованием сборки. Пуансон в штампе совершает единичный ход, во время которого осуществляют предварительное формообразование заготовки прямым выдавливанием заготовки в полости штампа, воспроизведя геометрию гравюры в штампе. При этом покрытие приобретает пластичные свойства и функционирует, как смазка и теплоизолирующий элемент, позволяющий удерживать одинаковую температуру в заготовке во всем объеме и, следовательно, деформирование провести в области (α+β) превращений с малыми усилиями деформации, и не допускает окисления поверхности, перегрева поверхности заготовки. При этом излишки покрытия, за счет повышения пластичности, и, соответственно, уменьшения его вязкости, выдавливаются, не забиваясь в углах штампа. Скорость деформирования заготовки используют до 0,04 м/с, что позволяет сформировать при этой температуре глобулярную структуру с мелким зерном, т.е. повысить качество и повысить, в конечном счете, точность формообразования изделия. После окончания предварительного формообразования заготовки прямым выдавливанием компоновку: штамп - отштампованная заготовка, извлекают из контейнера, открывают штамп и извлекают заготовку. Затем заготовку помещают в штамп для окончательной штамповки, позволяющей завершить структурное превращение в заданном направлении. Предварительно формообразованную заготовку компонуют со штампом, т.е. укладывают ее в холодный штамп окончательного формообразования, состоящий из двух половинок - вставок, с геометрией гравюры повышенной точности в нем (в обеих половинках штампа). При этом штамп с заготовкой в нем, т.е. компоновку, устанавливают в контейнер вне зоны деформации и закрепляют в контейнере зажимным элементом, например, клином с образованием сборки: контейнер, компоновка, зажимной элемент, например, клин. Сборку нагревают в электропечи до температуры деформации заготовки, т.е. при 900°С. Штамп, зажимной элемент, например, клин и контейнер изготовлены из жаропрочного сплава ЖС6. Сборку: компоновку (штамп-заготовка), зажимной элемент, например, клин и контейнер устанавливают в зону деформации на гидравлический пресс с усилием 200 Тс. Штампуют заготовку за единичный ход пресса путем воздействия ползуна пресса на верхнюю половину штампа при скольжении по боковой поверхности зажимного элемента, например, клина и боковой поверхности контейнера. Высокая точность получаемого изделия обеспечивается точной ориентацией половинок штампа по боковой поверхности контейнера и точностью изготовления гравюры штампа. Заполняют полость штампа, точно формообразуя из заготовки изделие в виде, например, лопатки.

Затем охлаждают сборку на воздухе, до температуры, не выше 0,5Т, где Т - температура деформации заготовки. Исследования показали, что охлаждение в штампе до 450°С, т.е. с 900°С не выше 0,5Т деформации заготовки, позволяет заготовке окончательно охладиться уже на открытом воздухе без угрозы коробления, структурных изменений и ухудшения физико-механических свойств заготовки. Охлаждение в сборке заготовки до температуры выше 0,5Т деформации заготовки приводит к резкому перепаду температуры в ней после извлечения из штампа, что влечет коробление и соответственно снижение точности изделия. А охлаждение, например, до 100°С и ниже дополнительно обеспечивает повышение безопасности работы в конвейерном режиме переноса заготовки и заготовок для нагрева, деформирования и т.д. После этого расклинивают сборку, раскрывают штамп и извлекают из штампа готовое изделие, с точной геометрией гравюры, выполненной в половинках штампа на контактных с заготовкой поверхностях. После охлаждения и извлечения изделия из штампа остатки эмалевого слоя удаляют гидрогалтовкой с керамическим наполнителем и гидрообдувкой песком. При этом поверхность изделия после обработки гладкая, с минимальным альфированным слоем, что положительно сказывается на эксплуатационных свойствах изделия и способствует повышению точности геометрических параметров его (±0,1 мм). Конвейерный режим заявляемым способом более технологичен, так как последующие этапы штамповки связаны с заранее образованными компоновкой: штамп-заготовка, и сборкой: аналогичная компоновка, контейнер, зажимной элемент, например, клин, зажимающий жестко компоновку в контейнере. Исследования показали, что заявляемый способ значительно повышает точность получаемых изотермической штамповкой изделий (до технических требований моторного чертежа ±0,1 мм), т.е. в два раза в отличие от прототипа, по которому получают точность не более ±0,2 мм (см. ОСТ 141717-78 таблица 1). К тому же способствует получению мелкозернистой структуры и, следовательно, гарантирует улучшенные физико-механические свойства изделий, не допускает коробления изделий и минимизирует альфированный слой на поверхности, присутствие которого ухудшает свойства материала изделия. Заявляемый способ производительнее, стабильней, надежней и точней в воспроизведении геометрии изделия, так как непрерывен, нет перепадов температуры заготовки ни на одном этапе штамповки, заготовка защищена от окисления на обоих этапах, постоянно соблюдается соосность штамповочных половинок, охлаждение заготовки после окончательной штамповки проводится в сборке оперативно и до температуры, гарантирующей отсутствие коробления изделия. По прототипу же прерывистость системы, заключающаяся в раздельном нагреве заготовки и штампа, в разнотемпературном режиме нагрева, в охлаждении до высокой температуры, длительной выдержки при ней, создают условия, при которых не гарантируется отсутствие коробления изделия после извлечения из штампа, что дополняет вероятность несоосности половинок штампа в процессе штамповки, и, как следствие - получение недостаточно точной геометрии изделия.

Способ изотермического формообразования штампуемых заготовок по сравнению с прототипом позволяет: значительно повысить точность изготовления изделий из объемных, преимущественно малообъемных, заготовок из труднодеформируемых металлов и их сплавов изотермической штамповкой, исключить коробление изделий, повысить технологичность штамповки, получить мелкозернистую структуру, повышающую прочность изделий, уменьшить усилия деформирования как при предварительной штамповке, так и при окончательной штамповке, предотвратить появление альфированного слоя на поверхности заготовки и изделия, с большей производительностью реализовать штамповку заготовок в режиме конвейера, увеличить долговечность штамповочной оснастки.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении изделий из труднодеформируемых металлов или сплавов. Используют прутковую мерную заготовку, на поверхность которой наносят защитное покрытие из твердого высокотемпературного материала. Затем заготовку при комнатной температуре размещают в гравюре штампа с образованием компоновки, которую нагревают до температуры деформации заготовки. Компоновку закрепляют в контейнере. Контейнер устанавливают в зону деформирования и производят штамповку заготовки в изотермических условиях. Отформованную таким образом заготовку с защитным покрытием размещают в штампе для окончательной штамповки. Штамп с заготовкой размещают в контейнере и закрепляют в нем. Полученную сборку нагревают до температуры деформации заготовки и устанавливают в зону деформирования пресса. Отформованную заготовку деформируют в изотермических условиях с получением изделия. Затем сборку охлаждают до температуры, которая не превышает 0,5Т, где Т - температура деформации заготовки. Изделие извлекают из штампа. В результате обеспечивается повышение точности полученных изделий. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.

1. Способ получения изделия из заготовки, выполненной из труднодеформируемого металла или сплава, включающий нанесение на поверхность заготовки защитного покрытия, нагрев заготовки и штампа и деформирование заготовки в штампе в изотермических условиях, отличающийся тем, что используют прутковую мерную заготовку, на поверхность которой наносят защитное покрытие из твердого высокотемпературного материала, который в процессе деформирования заготовки в изотермических условиях переходит в пластичное состояние с обеспечением смазки поверхности заготовки, затем заготовку при комнатной температуре размещают в гравюре штампа с образованием компоновки, включающей штамп и заготовку, и производят нагрев полученной компоновки до температуры деформации заготовки, нагретую компоновку закрепляют в контейнере с образованием сборки, которую устанавливают в зону деформирования и производят штамповку заготовки в изотермических условиях выдавливанием с получением предварительно отформованной заготовки с защитным покрытием на поверхности, ранее нанесенным на заготовку, упомянутую предварительно отформованную заготовку с защитным покрытием размещают в штампе для окончательной штамповки, выполненном из верхней и нижней половин, имеющих гравюру под штампуемое изделие, с образованием компоновки, которую размещают в контейнере и закрепляют в нем с образованием сборки посредством зажимного элемента в виде клина, который устанавливают между контейнером и штампом для окончательной штамповки, полученную сборку нагревают до температуры деформации заготовки, устанавливают в зону деформирования пресса и производят деформирование предварительно отформованной заготовки в изотермических условиях с получением изделия путем воздействия ползуна пресса на верхнюю половину штампа при скольжении ползуна по боковой поверхности клина и боковой поверхности контейнера, после чего сборку охлаждают до температуры, которая не превышает 0,5Т, где Т - температура деформации заготовки, и извлекают из штампа полученное изделие, при этом нагрев компоновки для штамповки выдавливанием следующей заготовки и сборки для окончательной штамповки следующей заготовки производят во время штамповки предыдущей заготовки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют прутковую мерную заготовку из титана или его сплавов.