Способ изготовления полых изделий Российский патент 2019 года по МПК B21D22/00 

Описание патента на изобретение RU2684332C2

Изобретение относится к механической обработке давлением ротационным выдавливанием, в частности, к изготовлению полых изделий. Преимущественно оно может быть использовано при изготовлении точных герметичных металлических изделий типа днищ, обтекателей и т.п., состоящих из тонкостенных оболочек, подкрепленных силовыми кольцами типа шпангоутов.

Из патентной литературы известен способ изготовления сосудов, при котором подготавливают плоские и желобообразные элементы, собирают их в плоскую полую заготовку и сваривают между собой. Затем полученную сварную заготовку деформируют внутренним давлением до получения сосуда заданных размеров (RU №2218250, B23K 5/00, B21D 51/00, B21D 51/24).

Отличительной особенностью способа является то, что концевые элементы плоской заготовки выполняют в виде трапеций, образующих усеченные четырехгранные пирамиды с суммарной высотой, равной радиусу сосуда, а размеры ломаной образующей плоского элемента концевой части заготовки определяются величинами углов между боковыми сторонами и нижними основаниями трапеций и длинами верхнего и нижнего оснований трапеций, которые определяются из условия минимума длины ломаной образующей. В предпочтительном варианте реализации способа торцевой элемент концевой части изготавливают, например, штамповкой из плоской или слабовыпуклой квадратной заготовки со стороной, примерно равной четырем радиусам продольных желобов.

Указанный способ не позволяет изготавливать тонкостенные днища с приваренными жесткими кольцевыми элементами - шпангоутами. Реализация способа связана с раздачей сварной полой заготовки внутренним давлением, что является опасной технологической операцией, связанной с особыми мерами предосторожности - применением бронекамер, специально обученного и аттестованного персонала и т.д.

Известен способ изготовления тонкостенных осесимметричных сосудов, включающий вырубку плоских листовых заготовок, получение цилиндрической части полуфабриката сосуда сверткой плоской листовой заготовки и сваркой продольных кромок, формоизменение донной части полуфабриката сосуда, сварку донной и цилиндрической частей полуфабриката сосуда, раскатку продольного сварного шва (RU №2131787, B21D 51/10, B21D 22/16).

Отличительной особенностью способа является то, что донную и цилиндрическую части полуфабриката сосуда сваривают кольцевым швом и производят ротационную вытяжку цилиндрической части сосуда, одновременно раскатывая кольцевой и продольный сварные швы, причем ширину М и длину l плоской листовой заготовки для свертки определяют по следующей зависимости:

где D вн - внутренний диаметр цилиндрической части сосуда, мм;

s - толщина плоской листовой заготовки, мм;

где D - наружный диаметр цилиндрической части сосуда, мм;

h - длина цилиндрического участка донной части полуфабриката сосуда, мм;

L - длина цилиндрической части сосуда, мм;

t - толщина стенки цилиндрической части сосуда, мм;

Δ - припуск на торцовку полуфабриката сосуда (Δ=30 мм).

К недостаткам указанного способа можно отнести:

- потребность, при его реализации, в большом количестве технологического оборудования: листогибочной машины для свертки цилиндрического полуфабриката, пресса для формоизменения донной части полуфабриката сосуда, сварочного автомата для сварки продольных и кольцевых стыков, станка для ротационной вытяжки;

- использование уникального дорогостоящего оборудования и больших производственных площадей при изготовлении крупногабаритных изделий;

- большую трудоемкость и продолжительность производственного цикла, т.к. способ является много переходным;

- наличие дополнительных операций по подгонке и сварке полученного полуфабриката сосуда с жесткими концевыми элементами типа шпангоутов, что является сложной технологической задачей, особенно при изготовлении крупногабаритных сосудов.

Наиболее близким по техническому решению можно считать способ образования оболочки бака, состоящей из шпангоутов и обшивки, заключающийся в формообразовании шпангоутов и обшивки, их подгонке и сварке по участкам, имеющим одинаковую толщину и протяженность 20…25 мм с обеих сторон сварного шва. Срединные поверхности обшивки и примыкающей к ней части шпангоута являются продолжением одна другой (А.С. Чумадин, В.И. Ершов, К.А. Макаров и др. «Основы авиа - и ракетостроения», М.: Инфра-М, 2008, с. 337…338, рис. 5.16, 5.17, 5.18).

Недостатком известного способа образования оболочки бака является то, что обшивка перед сваркой имеет форму полой детали. Для качественной сварки необходимо, чтобы не только толщины свариваемых деталей имели одинаковую величину, но также, чтобы ступенька между свариваемыми деталями была минимально возможной. Независимое изготовление точного сопряжения двух тонкостенных крупногабаритных деталей - полой обшивки и шпангоута является сложной технологической задачей, требующей использования крупногабаритной дорогостоящей оснастки для механической обработки и сварки.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение технологичности образования оболочки бака, сокращение трудоемкости его изготовления, повышение качества и надежности, путем исключения предварительного формообразования тонкостенных обшивок.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления полых изделий, содержащих тонкостенную оболочку, подкрепленную силовыми кольцами типа шпангоутов, включающий сварку указанной оболочки и шпангоутов по участкам, имеющим одинаковую толщину, подлежащие сварке участки указанных оболочки и шпангоутов выполняют плоскими, при этом сварку осуществляют по периметрам упомянутых плоских участков с получением заготовки и ее последующим формообразованием посредством деформирования с преднамеренным утонением стенки оболочки с получение полого изделия.

Кроме того, в указанном способе:

- используют оболочку в виде плоского кольца и наружный и внутренний шпангоут;

- используют оболочку в виде сваренных между собой плоских кольцевых сегментов и наружный и внутренний шпангоут;

- сварку указанных оболочки и шпангоутов выполняют трением с перемешиванием;

- сварку указанных оболочки и шпангоутов выполняют лазерным или электронным лучом;

- формообразование заготовки осуществляют методом ротационной вытяжки;

- ротационную вытяжку осуществляют с нагревом заготовки;

- после ротационной вытяжки полученное изделие обрабатывают резанием с удалением стружки.

На фиг. 1 представлены заготовки шпангоута и оболочки перед сваркой, фиг. 2 - операция сварки шпангоута и оболочки по их периметрам, фиг. 3 - операция формообразования, фиг. 4 - пример выполнения способа, когда в качестве заготовки оболочки используют плоское кольцо, на фиг.5 -пример выполнения способа, когда в качестве заготовки оболочки используют плоские кольцевые сегменты, фиг. 6 - разрез полого изделия с кольцевой оболочки после ротационной вытяжки.

Способ изготовления полых изделий заключается в том, что части 1 и 2 шпангоута 3 и оболочки 4 (соответственно), имеющие одинаковую толщину и расположенные в зоне сварного шва 5 выполняют в виде плоских участков, сваривают их по периметрам 6 и 7 с последующим формообразованием, которое производят по сварному шву 5 и примыкающим к нему плоским частям 1 и 2 шпангоута 3 и оболочки 4 путем деформирования, например, роликом 8 по жесткой оправке 9, с преднамеренным утонением стенки. При этом получают полое изделие, состоящее из шпангоута 3 и оболочки 4.

Деформирование с преднамеренным утонением стенки выполняют по известной зависимости: S=S0 * sin α, где S - толщина детали после ротационной вытяжки, S0 - толщина заготовки, α - угол между осью вращения заготовки и касательной линией к оболочке в точке касания деформирующего ролика. Такое деформирование характеризуется тем, что заготовка шпангоута не будет испытывать радиальных усилий, и будет обеспечено устойчивое протекание процесса.

Кроме того, способ изготовления полых изделий может быть реализован:

- если в качестве заготовки оболочки используют плоское кольцо 10, наружный 11 и внутренний 12 диаметр которого приваривают к плоским частям 1 и 2 заготовок внешнего 3 и внутреннего 13 шпангоутов;

- если в качестве заготовки оболочки используют плоские кольцевые сегменты 14, которые сваривают между собой сварными швами 15 и приваривают по внешнему 16 и внутреннему 17 радиусам к плоским частям заготовок внешнего 3 и внутреннего 13 шпангоутов, а после ротационной вытяжки получают полое изделие, состоящее из шпангоутов 3 и 13 и оболочки 4.

- если сварку частей заготовки выполняют методом трения с перемешиванием;

- сварку частей заготовок выполняют лазерным или электронным лучом;

- формообразование производят методом ротационной вытяжки роликом 8 по жесткой оправке 9;

- ротационную вытяжку осуществляют с нагревом;

- после ротационной вытяжки изделие обрабатывают резанием с удалением стружки.

Таким образом, в результате совместного деформирования, например, ротационной вытяжкой полуфабриката, состоящего из сваренных между собой шпангоутов и оболочки, получают полое изделие типа днище.

Такая реализация способа изготовления полых изделий значительно сокращает материальные, трудовые и временные затраты. Дополнительным достоинством предлагаемого способа является упрочнение сварного шва в процессе деформации, что повышает надежность изделия и позволяет уменьшить его массу.

Похожие патенты RU2684332C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ НЕСИММЕТРИЧНЫХ ОБОЛОЧЕК ДВОЙНОЙ КРИВИЗНЫ С ФЛАНЦЕМ 2011
  • Полухин Николай Валерьевич
  • Павлов Сергей Владимирович
  • Лазарев Виталий Александрович
  • Яковлев Сергей Сергеевич
  • Коротков Виктор Анатольевич
  • Лавров Александр Федорович
RU2471585C1
Способ изготовления стальных тонкостенных осесимметричных сосудов 2018
  • Голуб Валерий Васильевич
  • Дегтярев Андрей Васильевич
  • Егоров Сергей Владиславович
  • Маслов Иван Николаевич
  • Невструев Юрий Алексеевич
RU2673591C1
ДНИЩЕ ТОПЛИВНОГО БАКА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 1999
  • Недайвода А.К.
  • Половцев В.А.
  • Розенцвайг В.М.
  • Косолапов В.Н.
RU2170193C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ СОСУДОВ 1998
  • Голуб В.В.
  • Егоров В.Г.
  • Невструев Ю.А.
  • Захарченко Н.Д.
RU2131787C1
Способ изготовления тонкостенных сварных корпусов с концевыми утолщениями из разнородных алюминиевых сплавов 2016
  • Трегубов Виктор Иванович
  • Белов Алексей Евгеньевич
  • Анненков Дмитрий Викторович
  • Собкалов Владимир Тимофеевич
  • Ерохин Владимир Евгеньевич
  • Заболотнов Владимир Михайлович
  • Зайцев Виктор Дмитриевич
  • Барычева Тамара Петровна
RU2620539C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ СОСУДОВ 2000
  • Егоров В.Г.
  • Голуб В.В.
  • Невструев Ю.А.
RU2190493C2
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ КОРПУСОВ СОСУДОВ, РАБОТАЮЩИХ ПОД ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ 2015
  • Трегубов Виктор Иванович
  • Белов Алексей Евгеньевич
  • Анненков Дмитрий Викторович
  • Собкалов Владимир Тимофеевич
  • Ерохин Владимир Евгеньевич
  • Заболотнов Владимир Михайлович
RU2584622C1
Способ изготовления осесимметричных тонкостенных корпусов сосудов с переменной толщиной стенки 2018
  • Белов Алексей Евгеньевич
  • Собкалов Владимир Тимофеевич
  • Заболотнов Владимир Михайлович
  • Ерохин Владимир Евгеньевич
  • Борзенков Алексей Сергеевич
  • Галкин Владимир Евгеньевич
  • Захаренко Юрий Иванович
RU2695100C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХ КОРПУСОВ СОСУДОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ 2015
  • Трегубов Виктор Иванович
  • Белов Алексей Евгеньевич
  • Анненков Дмитрий Викторович
  • Собкалов Владимир Тимофеевич
  • Заболотнов Владимир Михайлович
  • Зайцев Виктор Дмитриевич
  • Барычева Тамара Петровна
  • Ерохин Владимир Евгеньевич
  • Тимаков Валерий Николаевич
RU2605877C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБОЛОЧЕК 2013
  • Митин Анатолий Семёнович
  • Митин Андрей Анатольевич
RU2533242C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 684 332 C2

Реферат патента 2019 года Способ изготовления полых изделий

Изобретение относится к механической обработке давлением - ротационным выдавливанием, в частности к изготовлению полых изделий. Подлежащие сварке участки оболочки и шпангоутов выполняют плоскими. Сварку осуществляют по периметрам упомянутых участков с получением заготовки. Затем осуществляют ее деформирование с преднамеренным утонением стенки. Повышается качество изделия за счет исключения предварительного формообразования оболочки и шпангоутов. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула изобретения RU 2 684 332 C2

1. Способ изготовления полых изделий, содержащих тонкостенную оболочку, подкрепленную силовыми кольцами типа шпангоутов, включающий сварку указанной оболочки и шпангоутов по участкам, имеющим одинаковую толщину, отличающийся тем, что подлежащие сварке участки указанных оболочки и шпангоутов выполняют плоскими, при этом сварку осуществляют по периметрам упомянутых плоских участков с получением заготовки и ее последующим формообразованием посредством деформирования с преднамеренным утонением стенки оболочки с получением полого изделия.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют оболочку в виде плоского кольца и наружный и внутренний шпангоуты.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют оболочку в виде сваренных между собой плоских кольцевых сегментов и наружный и внутренний шпангоуты.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сварку указанных оболочки и шпангоутов выполняют трением с перемешиванием.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сварку указанных оболочки и шпангоутов выполняют лазерным или электронным лучом.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формообразование заготовки осуществляют методом ротационной вытяжки.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ротационную вытяжку осуществляют с нагревом заготовки.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после ротационной вытяжки полученное изделие обрабатывают резанием с удалением стружки.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2019 года RU2684332C2

ЧУМАДИН А.С
и др
ОСНОВЫ АВИА-И РАКЕТОСТРОЕНИЯ
М., ИНФРА-М, 2008, с.337, 338, рис.5.16, 5.17, 5.18
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОСУДОВ 2001
  • Пимштейн П.Г.
  • Мухин И.М.
RU2218250C2
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОСУДОВ ИЗ ЛИСТОВОГО МЕТАЛЛА 1992
  • Мелащенко В.Д.
  • Сизов Е.С.
RU2053039C1
JP 3262694 A, 07.10.1997.

RU 2 684 332 C2

Авторы

Логунов Леонид Петрович

Даты

2019-04-08Публикация

2015-05-14Подача