СПОСОБ ФОРМОВКИ ПАТРУБКОВ В ЛИСТОВЫХ ДЕТАЛЯХ
PIPE FORMING IN SHEET PARTS

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к листовой штамповке, и может быть использовано при изготовлении листовых деталей с патрубками, в том числе некруглой формы, используемых в авиационной, автомобильной и других областях промышленности.
отб
o
0
Известен способ образования бортов вокруг предварительно пробитых технологических отверстий за счет растяжения металла с коэффициентом отбортовки K=D/d, где D - диаметр горловины патрубка; d - диаметр технологического отверстия (см. «Справочник по холодной штамповке». Романовский В.П., - Л.:«Машиностроение». 1971. С.278-290).
Недостатком данного способа является то, что коэффициент отбортовки определяется эмпирически, что не позволяет в полной мере учесть особенности конкретной заготовки, в частности: характер отбортовки и состояние кромок отверстий (сверление или пробивка, наличие или отсутствие заусенцев и пр.); толщины заготовки; рода материала и его механических свойств; формы рабочей части пуансона. Использование данного способа не позволяет обеспечить гарантированное качество изделия.
Известен способ отбортовки отверстий, включающий выполнение отверстия в заготовке с профилированным по толщине диаметром и отбортовку отверстия жестким спрофилированным в продольном направлении пуансоном.
(см. а.с. СССР №1430136, кл. B21D 19/00, 1988 г.).
Недостатком способа является необходимость специального профилирования кромки отверстия и рабочей части пуансона.
Известен способ оценки штампуемости листового металла при отбортовке путем изготовления плоских прямоугольной формы в плане образцов, пробивки и зачистки отверстия в центре симметрии образца, жесткого защемления периферийной части образца, приложение усилия отбортовки к кольцевой зоне деформирования, прилегающей к отверстию, до начала образования трещины на кромке отверстия, при этом получают партию образцов одинаковой длины и различной ширины, а предельные деформации определяют на основе измерения максимального и минимального размеров отбортованного отверстия в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
(см. а.с. СССР №1505627, кл. B2ID 19/00,. 1989 г.).
Недостатком способа является его высокая трудоемкость и невозможность обеспечения гарантированного качества изделия.
Известен способ получения борта отверстия сложного по геометрии в плане на детали, заключающийся в вырубке отверстия и последующей его отбортовке, при этом первоначально в местах, наиболее нагруженных при деформации, при отбортовке вытягивают местные углубления, затем вырубают отверстия, которые кромкой проходят по дну вытянутых углублений, после чего отбортовывают отверстия нужной формы
(см. патент РФ №2095176, кл. B2ID 19/00, 1997 г.) - наиболее близкий аналог.
Недостатком способа является необходимость введения дополнительной операции вытяжки местных углублений, при которой даже небольшое смещение данных углублений относительно наиболее нагруженного места может привести к браку детали.
Техническим результатом предлагаемого способа является повышение качества формовки патрубков за счет гарантированного исключения образования торцовых трещин при формовке патрубков в ответственных деталях из труднообрабатываемых материалов.
ЛОК
0
отб
отб
ЛОК
Указанный технический результат достигается тем, что в способе формовки патрубков в листовых деталях, включающем изготовление технологического отверстия в детали и формовку в ней патрубка путем отбортовки отверстия, которую проводят с допустимым коэффициентом отбортовки, новым является то, что перед формовкой патрубка проводят испытание листового образца с выполненным на нем отверстием на растяжение до появления первой трещины, определяют относительное удлинение материала образца δ в зоне образования первой трещины, с учетом которого задают диаметр технологического отверстия d и допустимый коэффициент отбортовки К, который определяют по зависимости: К<1+δ.
0
При этом листовой образец выполняют из того же материала, что и деталь, длиной не менее 5 d, а шириной,  равной ширине кольца.
Растяжение образца производят со скоростью, равной скорости отбортовки отверстия на промышленном оборудовании.
Отверстие в листовом образце для растяжения выполняют способом, применяемым при изготовлении технологического отверстия.
При формовке патрубков некруглой формы отверстие в листовом образце выполняют равным 2 г, где г - радиус перехода от прямолинейных к криволинейным участкам отверстия патрубка, а длину образца задают не менее 5L, где L - максимальный размер технологического отверстия по длине окружности кольца.
Определение коэффициента отбортовки и диаметра технологического отверстия с учетом блок позволяет точно определить для конкретной детали максимально допустимую величину коэффициента отбортовки, гарантирующую отсутствие торцевых трещин на патрубке.
Использование листового образца из того же материала, что и деталь, задаваемые размеры образца, выполнение отверстия в образце способом, применяемым при изготовлении отверстия в детали и растяжение образца до появления первой трещины со скоростью отбортовки патрубка в детали, позволяют физически максимально моделировать реальный процесс отбортовки патрубка.
На патрубках некруглой формы выполняют плавные переходы по радиусам от прямолинейных к криволинейным участкам. Именно эти участки являются концентраторами напряжений для образования первой трещины. Поэтому в листовом образце отверстие выполняют равным 2r, а длину образца не менее не менее 5L (ГОСТ 1497-84), где L - максимальный размер технологического отверстия по длине окружности кольца.
Способ осуществляют следующим образом.
ЛОК
лок
0 лок
к лок
0
лок
0
лок
к лок
отб
ЛОК
отб
ЛОК
Исходя из чертежа детали и расположения на ней патрубков определяют направление (продольное, поперечное или под углом) вырезки образца, задают его длину (не менее 5L) исходя из размера технологического отверстия, ширину и получают отверстие способом его выполнения в детали. Затем на образец наносят делительную сетку с наиболее мелким размером в месте радиусов перехода. После этого образец передают для испытания на растяжение на испытательной машине до появления первой трещины. При ее образовании испытание останавливают, производят соответствующие измерения делительной сетки в зоне трещины и определяют относительное удлинение (δ) материала образца в зоне образования первой трещины при растяжении листового образца. δ=l- l/l (где l и l начальный и конечный размер делительной сетки в месте образования первой трещины). По нему определяют максимально допустимый для данных условий коэффициент отбортовки и с его учетом, и исходя из размеров патрубка задают диаметр технологического отверстия под отбортовку. Допустимый коэффициент отбортовки определяют перед формовкой патрубка по результатам испытания листового образца и при проведении отбортовки его задают с учетом зависимости: К<1+δ, где: К - допустимый коэффициент отбортовки; δ - относительное удлинение материала образца в зоне образования первой трещины при растяжении листового образца.
Сущность заявленного способа будет более понятна из приведенного ниже примера.
В качестве примера использования предлагаемого способа представлен процесс отбортовки патрубков силового кольца ГТД диаметром 578 мм, шириной 80 мм и толщиной листа 2 мм. Материал кольца - титановый сплав ОТ 4-1. Силовое кольцо имеет 6 располагаемых под углом 15° к образующей патрубков некруглой формы длиной 38 мм, шириной 19 , с радиусами перехода по краям патрубка 9,5 мм.
отб
отб
Сплав ОТ 4-1 относится к титановым сплавам повышенной пластичности и рекомендациями ВИАМ (см. «Авиационные материалы». - Том 5. - Магниевые и титановые сплавы. - М.: ВИАМ - ОНТИ. 1973. - С.371) при отбортовке отверстий допустимый коэффициент отбортовки выбирается из условия К<1,55. Однако, как показали исследования, фактически, при отбортовке патрубков силового кольца с К=1,42, то есть значительно менее допустимого, выше которого на торцах патрубков имели место многочисленные трещины.
0
ЛОК
ЛОК
Исследования механических свойств сплава при различных режимах отжига показало, что относительное удлинение сплава изменяется от 16 до 34%, в зависимости от температуры отжига (640-780°С). Изготовленный образец длиной 300 мм, шириной 80 мм с отверстием под отбортовку и радиусами скругления 9,5 мм (d=19 мм), с мелкой делительной сеткой в зоне радиусов, пройдя отжиг при 740°C, был подвергнут испытанию на растяжение до образования первой трещины. Измерения показали, что относительное удлинение в зоне трещины δ составило 0,35. То есть фактически допустимый коэффициент отбортовки патрубков силового кольца не должен превышать 1,35 (1+δ).
Все 6 патрубков силового кольца были отштампованы на роговом прессе 5 МН с коэффициентом отбортовки 1,34 при диаметре технологического отверстия 14,1 мм, выполненного механической обработкой с использованием пуансона с малыми радиусами закругления (3 мм).
Контроль цветной металлографией и люминисцентный контроль не обнаружили каких либо трещин и других дефектов на всех 6 патрубках.
Гарантированное повышение качества отбортовки в предлагаемом способе по сравнению с аналогами обеспечивается не путем изменения формы заготовки, инструмента и использования специальных приспособлений, а за счет точного определения допустимого коэффициента отбортовки для конкретных производственных условий и конкретного листового материала, используемого в производстве на данный момент (горячекатаный, холоднокатаный, отожженный и т.д) на листовом образце для растяжения, что позволяет практически полностью исключить брак при изготовлении ответственных деталей из труднообрабатываемых материалов.