ШТАМП ДЛЯ ГОРЯЧЕГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ДИСКОВ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Полезная модель относится к области обработки металлов давлением, а именно получению дисков из жаропрочных сплавов на основе никеля, железа и титана для газотурбинных двигателей. Из-за малой пластичности этих сплавов при изготовлении дисков их сначала деформируют посредством горячего прессования, формируя при этом ультрамелкозернистую структуру.
Известен штамп для горячего деформирования дисков газотурбинных двигателей, содержащий верхнюю и нижнюю плиты, на противолежащих плоскостях которых соосно закреплены, с возможностью установки между ними прессуемой заготовки, соответственно, пуансон и матрица, несопрягаемые поверхности которых оснащены кожухами из теплоизоляционного материала, средства нагрева, установленные концентрично, относительно оси пуансона и матрицы, которая состоит из цилиндрической пресс-формы с формообразующей полостью на торце, и основания, внутри которого смонтирован, кинематически связанный с пресс-формой, механизм ее перемещения.
(см. а.с. №547275, МПК B21J 1/06, 1975 г.).
По технической сущности и достигаемому результату это устройство наиболее близко к предлагаемому техническому решению и принято в качестве его ближайшего аналога.
В этом штампе в основании матрицы установлены штанги, связанные с выталкивателем пресса, которые после отрыва пуансона от матрицы поднимают пресс-форму с поковкой до уровня окна в кожухе, через которое поковку выгружают из штампа.
Известное устройство не обеспечивает формирование однородной ультрамелкозернистой структуры паковок, из-за чего они требуют неоднократного извлечения из пресса для очередной термической обработки вне пресса с использованием сложного специального оборудования.
Задачей разработки является упрощение штамповки дисков газотурбинных двигателей, за счет получения однородной ультрамелкозернистой структуры паковки за одну операцию с использованием серийного прессового оборудования.
Для решения поставленной задачи предложен штамп для горячего деформирования дисков газотурбинных двигателей, содержащий верхнюю и нижнюю плиты, на противолежащих плоскостях которых соосно закреплены, с возможностью установки между ними прессуемой заготовки, соответственно, пуансон и матрица, несопрягаемые поверхности которых оснащены кожухами из теплоизоляционного материала, средства нагрева, установленные концентрично, относительно оси пуансона и матрицы, которая состоит из цилиндрической пресс-формы с формообразующей полостью на торце, и основания, внутри которого на размещенных в его полости подшипниках качения установлен механизм червячной передачи в виде кинематически соединенного с прессформой матрицы червячного колеса и червячного вала, соединенного с приводом вращения, при этом формообразующая полость прессформы и сопрягаемая с ней поверхность пуансона снабжены пазами.
Желательно, чтобы сопрягаемые с заготовкой поверхности пуансона и пресс-формы матрицы были покрыты антидиффузионным средством, например, жидким стеклом.
Возможно в качестве средств нагрева использовать индукционные или электрорезистивные нагреватели.
Целесообразно, чтобы пазы на пресс-форме матрицы в сечении имели форму прямоугольного треугольника, а пазы на поверхности пуансона в сечении имели форму прямоугольника. При этом пазы на прессформе, расположенные радиально, обеспечивают передачу крутящего момента заготовке во время формообразования и расцепления поверхности заготовки с прессформой при ее обратном вращении, а пазы на пуансоне, так же расположенные радиально, исключают проскальзывание заготовки при осевой деформации, удаляют смазку и обеспечивают задержание заготовки на пуансоне при ее разгрузке после завершения процесса.
С использованием предлагаемого устройства эффективность изготовления диска повышается за счет преимущественного накопления ротационной деформации в сравнении с существующей технологией сдвиговой (высотной), позволяющей получить однородную ультрамелкозернистую структуру материала заготовки и осуществить изготовление диска за однопереходную комбинированную деформацию.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства.
Штамп для горячего деформирования дисков газотурбинных двигателей, содержит верхнюю 1 и нижнюю 2 плиты, на противолежащих плоскостях которых соосно закреплены, с возможностью установки между ними прессуемой заготовки 3, соответственно, пуансон 4 и матрица 5, несопрягаемые поверхности которых оснащены кожухами 6 из теплоизоляционного материала, средства нагрева 7 (индукционные или электрорезистивные нагреватели), установленные концентрично, относительно оси пуансона и матрицы, которая состоит из цилиндрической пресс-формы 8 с формообразующей полостью 9 на его торце, и основания, выполненного в виде кольцеобразного корпуса 10, внутри которого, на жестко установленных в его полости подшипниках качения 11, посажен механизм червячной передачи в виде, кинематически соединенного с пресс-формой матрицы, червячного колеса 12 и червячного вала 13, соединенного с приводом вращения (на чертеже не показан), при этом формообразующая полость пуансона и сопрягаемая с ней поверхность пресс-формы снабжены пазами 14 прямоугольного сечения и 15 треугольного сечения, соответственно.
Устройство работает следующим образом.
Верхняя плита 1 монтируется на верхней подвижной траверсе пресса. Нижняя плита 2 на нижнем неподвижном столе пресса. Перед штамповкой сопрягаемые поверхности пуансона 4 и пресс-формы 8 матрицы 5 покрывают антидифузионным покрытием, препятствующим их адгезионной сварке с поверхностью детали, затем верхнюю плиту штампа, опускают вниз, чтобы пуансон вошел в сопряжение с пресс-формой матрицы, а теплоизоляционные кожухи 6 образовали замкнутое пространство. С использованием средств нагрева 7 доводят температуру пуансона и пресс-формы матрицы до температуры деформации материала заготовки, после чего верхнюю плиту штампа с пуансоном поднимают. В формообразующую полость 9 на пресс-форме матрицы укладывают нагретую до температуры деформации заготовку 3 и центрируя ее по оси штампа. Затем опускают пуансон до соприкосновения с заготовкой. Производят дополнительный подогрев штампа и заготовки, из-за охлаждения инструмента при размыкании штампа и переноса заготовки из печи в штамп. Затем производят предварительную осадку для заполнения заготовкой формообразующей полости пресс-формы и пазов 14 и 15 в деформирующем инструменте. В соответствии с расчетным режимом, необходимым для формирования в диске ультрамелкозернистой структуры, заключительную осадку производят с одновременным пластическим кручением заготовки путем вращения пресс-формы, с помощью, установленных на подшипниках 11 в корпусе 10 матрицы червячного колеса 12, сопряженным с ним червячным валом 13, соединенным с приводом вращения. При этом, необходимые для формирования в заготовке ультрамелкозернистой структуры, сдвиговые и ротационные моды деформации должны обеспечить образование множества центров динамической рекристаллизации. Эти условия достигаются наличием радиально расположенных прямоугольных пазов на неподвижном пуансоне и пазов в форме прямоугольного треугольника на поворачиваемой пресс-форме матрицы. Треугольная форма пазов обеспечивает стекание излишков антидиффузионной смазки с горизонтальной поверхности матрицы по наклонной плоскости. Затем усилие осевой деформации снижают до нуля, производят реверс направления кручения прессформы с целью расцепления поковки с поверхностью инструмента и останавливают кручение. Поднимают пуансон с диском в нем так, чтобы в зону между диском и нижней частью штампа можно было бы ввести загрузочно-разгрузочный инструмент и выдавливают диск пуансоном.
Использование предлагаемого технического решения позволяет изготавливать штампы, которые упрощают процесс горячего деформирования дисков газотурбинных двигателей.