Способ изготовления оболочки из листовой заготовки Российский патент 2025 года по МПК B21D22/02 B21D51/02 B21D37/20 B21K5/20 

Изобретение относится к обработке металлов давлением заготовок из высокопрочных материалов изотермической штамповкой и может быть использовано при изготовлении оболочек.

Известны традиционные способы (Яковлев СП., Чудин В.Н., Яковлев С.С., Соболев Я.А. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов. - М., Тула: Машиностроение-1; Изд-во ТулГУ, 2003. - 427 С.) изготовления оболочек емкостей, например, полусферических днищ из листовых материалов многопереходной вытяжкой с промежуточными термообработками. Недостатком традиционных способов является использование металлоемких и дорогостоящих пуансонов и матриц, особенно при мелкосерийном или единичном производстве.

Известен способ и аппарат для формования и соответствующая им предварительно отформованная заготовка со средой для гидростатического прессования, принятый за прототип (Патент № 2517425, МПК⁸ B21D 26/02, опубликован 27.08.2009 Бюл. №15), в котором формирование заготовки с желаемой конфигурацией, предусматривает: позиционирование заготовки в полости матрицы, образованной матричным узлом, в котором полость матрицы определяет желаемую конфигурацию заготовки, и в котором среда для гидростатического прессования также расположена в полости матрицы так, что она находится в непосредственной близости от по меньшей мере одной из сторон заготовки; циклическое изменение температуры заготовки между первой температурой, которая выше температуры перехода заготовки в бета-фазу, и второй температурой, которая ниже температуры перехода заготовки в бета-фазу; и приложение давления к заготовке и среде для гидростатического прессования одновременно с циклическим изменением температуры заготовки между указанными первой и второй температурами, при этом используют среду для гидростатического прессования, остающуюся в жидкой фазе с вязкостью более 10³ пуаз при циклическом изменении температуры заготовки между указанными первой и второй температурами.

Недостатком способа является его использование только для спекания порошковых материалов гидростатическим прессованием при объемной изотермической штамповке.

Техническим результатом является получение оболочек из листовых заготовок изотермической штамповкой.

Задачей предлагаемого изобретения является получение оболочек из листовых заготовок изотермической штамповкой.

Для решения поставленной задачи предлагается способ изготовления оболочки из листовой заготовки, включающий формоизменение листовой заготовки для оболочки путем ее деформирования пуансоном по полости матрицы матричного узла в изотермических условиях, причем используют пуансон, для получения торца которого в матричный узел устанавливают листовую заготовку модели готовой оболочки, выполненную из более тугоплавкого материала, чем материал получаемой оболочки, матричный узел устанавливают в штамп, имеющий рабочую камеру, в которую засыпают сыпучую среду, причем используют сыпучую среду с температурой плавления, которая ниже температуры изотермической штамповки листовой заготовки модели готовой оболочки, осуществляют нагрев штампа до температуры перехода сыпучей среды в вязко-жидкое состояние с получением вязко-жидкой среды, последующий нагрев штампа с вязко-жидкой средой до температуры изотермической штамповки листовой заготовки модели готовой оболочки, воздействие пуансоном с выступами на вязко-жидкую среду с обеспечением гидростатического воздействия на листовую заготовку модели готовой оболочки и получением модели готовой оболочки и проводят охлаждение штампа до перехода вязко-жидкой среды в твердую фазу с получением торца пуансона, удаляют из полости штампа матричный узел с моделью готовой оболочки, после чего в матричном узле устанавливают и закрепляют листовую заготовку оболочки, матричный узел с упомянутой листовой заготовкой оболочки устанавливают в штамп, осуществляют нагрев штампа до температуры изотермической штамповки листовой заготовки оболочки, которая ниже температуры плавления материала торца пуансона, и воздействуют на листовую заготовку оболочки пуансоном с получением оболочки.

Предлагаемый способ изготовления оболочек из листовых заготовок иллюстрируется фигурами 1-3.

На фиг. 1 показан этап осуществления способа, заключающийся в установке матричного узла с закрепленной листовой заготовкой из более тугоплавкого материала с температурой деформирования, которая больше температуры плавления сыпучей среды.

На фиг. 2 приведен этап формовки листовой заготовки из более тугоплавкого материала вязко-жидкой средой с получением модели готовой оболочки.

На фиг. 3 показан этап установки матричного узла с листовой заготовкой и сформированным торцом пуансона.

На фигурах обозначено:

1 - корпус;

2 - матрица;

3 - прижим;

4 - листовая заготовка для изготовления модели;

5 - рабочая камера;

6 - сыпучая среда;

7 - пуансон;

8 - выступы;

9 - вязко-жидкая среда;

10 - модель оболочки;

11 - торец пуансона;

12 - листовая заготовка.

Способ осуществляется следующим образом: на первом этапе (фиг. 1) в корпус 1 штампа устанавливают матричный узел, состоящий из матрицы 2 и прижима 3, удерживающего листовую заготовку для изготовления модели 4 с температурой деформирования, которая выше температуры плавления сыпучей среды 6, затем в рабочую камеру 5 штампа засыпают сыпучую среду 6. Производится нагрев штампа до температуры плавления сыпучей среды 6. Сыпучая среда 6, в зависимости от состава, имеет разную температуру плавления и выбирается в зависимости от температурных режимов изотермической штамповки. На начальном этапе осуществления способа деформирование осуществляется вязко-жидкой средой 9 (фиг. 2), при этом должно соблюдаться условие, при котором температура плавления сыпучей среды соответствует температуре штамповки выбранной листовой заготовки для изготовления модели 4. Например, при использовании листовой заготовки для изготовления модели 4 из малоуглеродистой стали, штамповку ведут при температуре 900-950°С. Сыпучая среда 6, в зависимости от состава, имеет разную температуру плавления, которую подбирают в зависимости от температурных режимов изотермической листовой штамповки. Штамп вместе с полученной моделью оболочки 10 охлаждают до получения торца пуансона 11 (фиг. 3).

На втором этапе осуществляют формоизменение листовой заготовки 12 при температуре деформирования, которая меньше температуры плавления полученного торца пуансона 11. Следовательно, для формирования торца пуансона 11, например, при штамповке листовых заготовок 12 из алюминиевых сплавов рекомендуют использовать сыпучую среду 6 из стеклянного боя хрустального стекла с температурой плавления 530°С, а штамповку осуществлять при температуре деформирования 400-450°С. Температуру нагрева контролируют известными способами. В охлажденный штамп устанавливают листовую заготовку 12 (фиг. 3), фиксируют ее прижимом 3, матричный узел помещают в корпус 1 штампа. Производят нагрев штампа до температуры изотермической листовой штамповки, которая должна быть ниже температуры плавления торца пуансона 11 на 100-200°С. Осуществляют статическое воздействие на листовую заготовку 12 перемещением пуансона 7 торцом пуансона 11 и ее формоизменение при требуемой скорости деформирования и температуре. На заключительном этапе пуансон 7 с торцом пуансона 11 удаляют из полости матрицы 2. Матрицу 2 с готовой оболочкой и прижимом 3 выдвигают из штампа. Готовую оболочку удаляют и устанавливают следующую листовую заготовку 12. Далее этапы повторяют.

В случае разрушения или износа торца пуансона 11 производят повторное его формование по рабочей поверхности модели оболочки 10 (фиг. 2) из более тугоплавкого материала, установленной в матрицу 2, гидростатическим воздействием при температуре плавления торца пуансона 11 с последующим его затвердеванием.

Для штамповки листовых заготовок 12 из титановых сплавов в качестве сыпучей среды 6 применяют, например, бой кварцевого стекла с температурой плавления 1100-1200°С. После нагрева штампа до температуры плавления сыпучей среды 6 из кварцевого стекла, сыпучая среда 6 переходит в вязко-жидкую среду 9 и осуществляют формоизменение листовой заготовки для изготовления модели 4 при более высоких температурах изотермической листовой штамповки. После остывания штампа образуется твердый торец пуансона 11, зафиксированный в выступах 8. После чего дальнейшую изотермическую штамповку листовых заготовок 12 из титановых сплавов проводят при температурах 900 - 950°С.

Пример реализации способа.

Из алюминиевого сплава АМг6 с толщиной листа h₀=3,5 мм необходимо изготовить полусферическую оболочку с радиусом по наружной поверхности R₀=100 мм при температуре нагрева штампа и заготовки 400 - 450°С. В корпусе штампа 1 разместили матричный узел, состоящий из матрицы 2, прижима 3, листовой заготовки для модели 4 толщиной 3,5 мм и диаметром 230 мм из малоуглеродистой стали. Засыпали сыпучую среду 6 из стеклянного боя, например, из сортового бутылочного стекла с температурой плавления 560°С (фиг. 1). Произвели нагрев штампа до температуры 900-930°С в течение 30 минут. При данной температуре сыпучая среда 6 перешла в вязко-жидкую среду 9. Включили пресс и пуансоном 7 воздействовали на вязко-жидкую среду 9 и формоизменяли листовую заготовку для изготовления модели 4 с получением модели оболочки 10 из малоуглеродистой стали. Пресс выключили, штамп охладили воздухом в течение 20 - 25 минут до температуры 450°С. При этом вязко-жидкая среда 9 приняла форму торца пунсона 11 и перешла в твердое состояние, удерживаемая выступами 8. Затем осуществили обратный ход пуансона 7 с торцом пуансона 11, который зафиксировался на выступах 8 на пуансоне 7. После чего из штампа удалили матрицу 2 с прижимом 3 и моделью оболочки 10. Установили листовую заготовку 12 толщиной 3,5 мм и диаметром 230 мм из алюминиевого сплава АМг6 на матрицу 2, прижали прижимом 3. Матрицу 2, прижим 3 и листовую заготовку 12 поместили в корпус 1 штампа (фиг. 3). Довели температуру штампа до 450°С. Осуществили операцию изотермической листовой штамповки листовой заготовки 12 на гидропрессовом оборудовании с обеспечением скоростей деформации 10^-2-10^-3 с^-1 (при скорости деформирования 3-4 мм/мин) пуансоном 7 с затвердевшим торцом пуансона 11. Окончание процесса формообразования определили по интенсивному росту нагрузки. Отвели пуансон 7 с торцом пуансона 11 из зоны штамповки и удалили матричный блок с готовой оболочкой из корпуса 1 штампа. В матричный блок установили новую листовую заготовку 12, поместили в корпус 1 штампа, нагрели штамп до температуры штамповки 450°С и произвели операцию формовки. Далее процесс повторили.

Для повышения производительности возможно использовать две одинаковые матрицы. Это позволяет после удаления из зоны штампа нагретой матрицы 2 не ждать ее охлаждения, а помещать в его рабочую зону другую матрицу 2, листовую заготовку 12 и прижим 3 при комнатной температуре. Это повышает производительность технологического процесса.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет использовать штамповый инструмент для формирования оболочек из листовых материалов изотермической листовой штамповкой для любых производств.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении оболочек деформированием листовой заготовки пуансоном в матрице матричного узла. Для получения пуансона в матричный узел устанавливают заготовку модели оболочки. Матричный узел помещают в штамп с рабочей камерой, в которую засыпают сыпучую среду. Температура ее плавления ниже температуры изотермической штамповки заготовки модели. Штамп нагревают до температуры перехода сыпучей среды в вязко-жидкое состояние и затем до температуры изотермической штамповки заготовки модели. Пуансоном с выступами воздействуют на вязко-жидкую среду. Получают модель оболочки. Штамп охлаждают до перехода вязко-жидкой среды в твердую фазу с получением торца пуансона. Матричный узел, в котором устанавливают и закрепляют заготовку оболочки, устанавливают в штамп. Штамп нагревают до температуры изотермической штамповки заготовки оболочки, которая ниже температуры плавления материала торца пуансона. На заготовку воздействуют пуансоном. В результате обеспечивается возможность получения оболочек изотермической штамповкой. 3 ил., 1 пр.

Способ изготовления оболочки из листовой заготовки, включающий формоизменение листовой заготовки для оболочки путем ее деформирования пуансоном по полости матрицы матричного узла в изотермических условиях, отличающийся тем, что используют пуансон, для получения торца которого в матричный узел устанавливают листовую заготовку модели готовой оболочки, выполненную из более тугоплавкого материала, чем материал получаемой оболочки, матричный узел устанавливают в штамп, имеющий рабочую камеру, в которую засыпают сыпучую среду, причем используют сыпучую среду с температурой плавления, которая ниже температуры изотермической штамповки листовой заготовки модели готовой оболочки, осуществляют нагрев штампа до температуры перехода сыпучей среды в вязко-жидкое состояние с получением вязко-жидкой среды, последующий нагрев штампа с вязко-жидкой средой до температуры изотермической штамповки листовой заготовки модели готовой оболочки, воздействие пуансоном с выступами на вязко-жидкую среду с обеспечением гидростатического воздействия на листовую заготовку модели готовой оболочки и получением модели готовой оболочки и проводят охлаждение штампа до перехода вязко-жидкой среды в твердую фазу с получением торца пуансона, удаляют из полости штампа матричный узел с моделью готовой оболочки, после чего в матричном узле устанавливают и закрепляют листовую заготовку оболочки, матричный узел с упомянутой листовой заготовкой оболочки устанавливают в штамп, осуществляют нагрев штампа до температуры изотермической штамповки листовой заготовки оболочки, которая ниже температуры плавления материала торца пуансона, и воздействуют на листовую заготовку оболочки пуансоном с получением оболочки.