ШТАМП ДЛЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ЛОПАТОК КОМПРЕССОРОВ И ТУРБИН ГАЗОТУРБИННЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Полезная модель относится к обработке металлов давлением, а именно - к точной объемной штамповке сложнопрофильных деталей, в том числе из жаропрочных сталей и сплавов, и может быть использована в авиационной и энергетической промышленности при изготовлении лопаток компрессоров и турбин газотурбинных энергетических установок, в том числе, авиационных газотурбинных двигателей (ГТД).
Известен штамп для прессования турбинных лопаток, содержащий установленную на плите машины обойму с осевым отверстием, нижняя часть которого выполнена цилиндрической формы, а верхняя - конической, размещенную в конической части отверстия обоймы разъемную полуматрицу, контактирующую своей конической поверхностью с конической поверхностью обоймы, установленную на прокладке из мягкого металла в цилиндрической части отверстия обоймы подставку. На обойме закреплены два клина, предназначенные для разведения полуматриц. Над обоймой в пуансонодержателе установлен пуансон (см. а.с. СССР №240465, кл. B21J 13/02, 1969 г.).
Для данного штампа характерны сложность конструкции и низкая стойкость, в особенности, при прессовании лопаток из жаропрочных сплавов, так как они имеют достаточно высокий предел текучести.
Известно устройство для штамповки поковок лопаток, содержащее две разъемные матрицы, соединенные друг с другом с возможностью относительного поворота посредством оси и образующие по линии разъема рабочую полость, предназначенную для размещения заготовки и соединенную с боковыми полостями, в которых расположены приводные пуансоны (см. а.с. СССР №489288, кл. B21J 13/02, 1975 г.).
Недостатком штампа является сложность его конструкции и необходимость использования специального оборудования для его работы.
Известен штамп для штамповки лопаток компрессоров, содержащий верхнюю часть (пуансон) и нижнюю часть (матрицу), на обращенных друг к другу поверхностях которых выполнена гравюра.
На пуансоне и матрице штампа выполнены по выступу и пазу, причем в процессе штамповки выступ пуансона входит в паз матрицы, а выступ матрицы - в паз пуансона. Гравюра штампа выполнена повернутой относительно выступов пуансона и матрицы под острым углом.
В процессе штамповки лопатки выступы одной части штампа входят в пазы другой, что компенсирует горизонтальную составляющую усилия штамповки. Кроме того, поскольку гравюра расположена под острым углом относительно выступов пуансона и матрицы, горизонтальные составляющие усилий течения металла, действующие на основание гравюры и приживающие матрицу к пуансону, превышают силы, действующие на боковые стенки гравюры и отталкивающие матрицу от пуансона. Это полностью устраняет образование зазора между частями штампа и появление торцевого заусенца на штампуемой лопатке.
(см. Авторское свидетельство СССР №657901, кл. B21J 13/02, 1979 г.) - наиболее близкий аналог).
Недостатком штампа является его высокая металлоемкость и низкая стойкость, так как при такой штамповке имеет место «жесткая» схема напряженного состояния металла, приводящая к быстрому износу гравюры штампа, особенно при штамповке труднодеформируемых жаропрочных сплавов и потере точности штамповки.
Техническим результатом настоящей полезной модели является обеспечение высокой точности поковок лопаток, в особенности, по их перу, а также повышение стойкости штампа.
Указанный технический результат достигается тем, что в штампе для формообразования лопаток компрессоров и турбин газотурбинных энергетических установок, содержащем верхнюю и нижнюю части, на обращенных друг к другу поверхностях которых выполнены гравюры для пера и замка лопатки, образующие ручей штампа, новым является то, что профиль ручья штампа, обеспечивающий формирование пера и боковых сторон замка лопатки выполнен закрытым, а профиль ручья, обеспечивающий формирование внешнего торца замка лопатки, выполнен открытым, причем при осуществлении парной штамповки однозамковых лопаток, гравюры для пера двух лопаток расположены встык.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлен штамп, осевой разрез.
Штамп для формообразования лопаток компрессоров и турбин газотурбинных энергетических установок состоит из верхней 1 и нижней 2 частей. На обращенных друг к другу поверхностях частей 1 и 2 штампа выполнены гравюры 3 пера и гравюры 4 замка лопатки, образующие ручей для формообразования помещенной в штамп заготовки лопатки. Необходимо отметить, и это весьма важно, что образованный гравюрами профиль ручья штампа, обеспечивающий формирование пера лопатки и боковых сторон ее замка выполнен закрытым, а профиль ручья, обеспечивающий формирование внешнего торца 5 замка не имеет облойной канавки и выполнен открытым.
При необходимости формообразования лопаток с двумя замками, профиль ручья, обеспечивающий формирование внешних торцов замков, выполняют открытым.
При необходимости парной штамповки однозамковых лопаток, гравюры для формообразования каждой лопатки на частях 1 и 2 выполняют встык друг относительно друга по перу, причем образованный гравюрами профиль ручья выполняют открытым в зоне формирования внешних торцов замков лопаток.
Штамп работает следующим образом.
Для работы штамп монтируют на молот или пресс. Одну из частей штампа (например, 2) крепят на столе молота или пресса, а вторую (1) соединяют с подвижным элементом молота или пресса. Естественно, что для обеспечения заданного относительного положения частей штампа, они имеют центрирующие элементы, которые выполнены известным образом и не являются предметом патентной охраны.
Нагретую до ковочной температуры заготовку лопатки укладывают в гравюру нижней части 2 штампа и осуществляют перемещение части 1 штампа к части 2 и их силовое смыкание, в результате чего осуществляется процесс формообразования лопатки. Особенностью формообразования лопатки в разработанном штампе является то, что при такой конструкции ручья течение металла при штамповке происходит в «расширяющийся канал», создаваемый профилем гравюр, формирующим перо лопатки - утолщающееся по направлению к замку, что обеспечивает свободное течение металла в открытую зону ручья, в которой осуществляется формирование внешнего торца замка. Это позволяет снизить усилие деформирования в процессе формообразования, повышает срок эксплуатации штампа и точность формирования пера лопатки.
Таким образом, выполнение ручья штампа, закрытого в зонах формирования пера лопатки и боковых сторон ее замка и открытого в зоне формирования внешнего торца замка лопатки, позволяет значительно снизить усилия штамповки, получить перо лопатки с минимальным припуском под окончательную обработку, так как данная конструкция ручья штампа позволяет изменить схему напряженного состояния из «жесткой» - всестороннего сжатия (объемной штамповки) на более «мягкую» - бокового выдавливания в расширяющийся канал. То же относится и к лопаткам с двумя замками -двустороннее боковое выдавливание с точной штамповкой перьевой части лопатки, или парной штамповке - лопаток - в стык перьевыми частями.
При закрытом ручье пера лопатки и боковых сторон замка достигается высокая точность перьевой части лопатки и повышается коэффициент использования металла.
После окончания процесса формообразования отводят часть 1 штампа от части 2 и производят выемку готовой поковки лопатки из нижней части штампа с последующим перемещением изделия в тару.
Опытная эксплуатация разработанного штампа при штамповке лопаток ГТД из железоникелевого жаропрочного сплава ЭП 718 обеспечила повышение точности поковок лопаток и стойкости штампов на 30%.