Способ изготовления металлических мембран Советский патент 1981 года по МПК B21K23/00 H04R7/00 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МЕМБРАН

Изобретение относится к приборост роению и может быть использовано при изготовлении плоских и гофрированных мембран. Известен способ изготовления мета лических мембран вырубкой кружков из равнотолщинной листовой заготовки с последующей их гофрировкой при изготовлении гофрированных мембран и без гофрировки - при изготовлении плоских мембран l. Однако при погружении давлением равнотолщинной мембраны, полученной известным способом, эквивалентные напряжения в ней распределяются неравномерно (минимальны в центре и максимальны в заделке).. Для гофриро ванных мембран рост напряжений от .центра к заделке идет волнообразно с максимумом на перегибах гофрировки. Неоднородное распределение напря жений в равнотолщинной мембране ведет к возникновению в наиболее нагр женных зонах локальных пластически деформаций, обусловливающих большие значения упругих несовершенств, нес бильность упругих свойств и снижающих усталостную прочность. Цель изобретения - повышение упруго-прочностных .свойств мембраны. Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления мембран из листовых заготовок заготовку подвергают формоизменению с перераспределением ее материала по толщине до получения полуфабриканта, отношение толщины центральной части которого к толщине периферийной части соответствует закономерности распределения средних эквивалентных напряжений в равнотолщинной мембране, нагруженной предельной эксплуатационной нагрузкой. При этом формоизменение производят преимущественно объемной штамповкой. На фиг. 1 -показан пример осуществления способа при формоизменении объемной штамповкой, на фиг.2 - эпюра эквивалентных напряжений у мембраны, изготовленной из заготовки с перераспределением материала, где по оси ординат отложено отношение эквивалентного напряжения Cgicg к максимальному рабочему давлению Р, а по оси абсцисс радиус мембраны г. Изготовление мембраны переменной толщины можно вести по двум вариантам. Первый вариант. После вырезки кружков из листовой заготовки толщиной Нц, обусловленной заданной чувствительностью мембраны, изменяют ее толщину путем объемной штамповки, раскатки или другим способом, а затем производят гофрообразование. Второй вариант. После вырезки кружков из листовой заготовки толщиной hg, обусловленной предельно допустимыми напряжениями в заделке и гофрообразования уменьшают толщин центральной части мембраны, наприме струйно-абразивной обработкой или д гим методом. Изменение толщины мембраны при е изготовлении как по первому, так и по второму варианту должно удовлетв рять отношению h5 ЭХв сро ho бэкв cf 3 где hj , h - толщина мембраны в зад ке (на периферии) и в центреJ . квсро/ квсрГ средние эквивалентные напряжения в центре и делке равнотолщинной мембраны (без операции изменения толщины). Как видно из графика (фиг.2) сре нее эквивалентное напряжение (Г„„ 4 iэквср 2 G uuiHB-lB мембране с перераспред о гк.О1 1J ленйём материала одинаково в центре и на периферии, где экв- текущее значение эквивалентного напряжения Пример. Упругая характерис тика мембраны, характеризуемая про бом центра WQ в зависимости от да ления Р определяет ся выражением .„ .PR , где R - радиус мембраны; D- жесткость. h- f lf94 -тзи-тг У 2) 1де Е - модуль упругости материала мембраны, Vi,- толщина заготовки, определ мая заданной чувствительно т.е. эксплуатационными тре ваниями , J- коэффициент Пуансона. Эквивалентные напряжения в цент 6эквсро при ,3 определяются вы же ни ем 9KBcp«fO 88-| |, а в заделке 6 0,ббб- . (4) 9i{Bcp-i h| Отношение средних эквивалентных напряжений в равнотолщинной мембра определяет отношение толщин центра заделки в мембране переменной толщ ны. Так как зависимость ( f(h квадратная, то S: V-li;f ;V€IIF «n5) откуда ,168Ьо (б) Чтобы выразить h и h, в зависимости от исходной толщины Нц, используем равенство объемов равнотолщинной мембраны и мембраны переменной толщины. Предполагая линейный характер изменения толщины, условие равенства объемов запишется (b2tb3), (7) откуда с учетом (6) получаем ,9.23h,, ; h5 l,077hn При данном изменении толщины (в первом приближении) для эквивалентных напряжений в центре и заделке получаемР ИPR (X:. г. 0,572п1г;СГ 0,) ЭКВсро hj 9квсрг т.е. происходит выравнивание напряженного состояния мембраны и уменьшение (примерно на 16%) опасных напряжений в заделке. Операция изменения толщины осуществляется объемной штамповкой по схеме, приведенной на фиг.1, где обозначены матрица 1, диаметр отверстия которой равен диаметру заготовки мембраны, пуансон 2, профилированный в соответствии с законом изменения толщины, установленной первым этапом расчета и упор-выталкиватель 3. Изменение толщины осуществляется следующим образом. Заготовка 4 толщиной h укладывается в матрицу 1 и формуется последующим ударом пуансона 2. Усилие штамповки определяется по формуле , . Гдеи - давление, выбираемое в зависимости от материала з.аготовки; - площадь поверхности мембраны. Выталкивание заготовки из матрицы осуществляется упором-выталкивателем 3. Использование предлагаемого способа изготовления металлических мембран обеспечивает по сравнению с известным -. улучшение условий работы нагруженной мембраны и повышение ее качества - упругих характеристик и долговечности за счет изменения толщины путем перераспределения материала заготовки возможность облегчения мембран и экономии материала. Формула изобретения 1. Способ изготовления металлических мембран из листовых заготовок, отличающийся тем, что. Со целью повышения упруго-прочностных свойств мембран, заготовку подвергают формоизменению с перераспределением ее материала по толщине до получения полуфабриката,,. отношение толщины центральной части которого к толщине периферийной части соответствует закономерности распределения средних эквивалентных напряжений в равнотолщинной мембране нагруженной предельной эксплуатационной нагрузкой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Андреева Л.Е. Упругие элементы приборов. М., Машгиз, 1962,с.229-236, (прототип).