СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПАРТИЙ ЗАГОТОВОК ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ И НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ РОТАЦИОННЫМ ВЫДАВЛИВАНИЕМ ОДНО ИЛИ НЕСКОЛЬКО ПЕРЕХОДНОЙ ОБРАБОТКОЙ ЛИСТОВОЙ ЗАГОТОВКИ
METHOD OF PRODUCING PARTS FROM LOT OF BILLETS FROM ALUMINIUM ALLOYS OR STAINLESS STEELS BY ROTARY EXTRUSION IN ONE OR SEVERAL-PASS MACHINING OF SHEET WORKPIECE

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способу осуществления процесса ротационного выдавливания при изготовлении деталей, в том числе оболочек жидкостного ракетного двигателя.
Известен способ изготовления деталей конической или оживальной формы ротационным выдавливанием, включающий деформирование вращающейся заготовки раскатными роликами, которым сообщают движение с соблюдением необходимого регулирования степенью утонения в соответствии с имеющимися графическими зависимостями, изменяя величину зазора между поверхностью оправки и роликами. Чем выше степень утонения при ротационном выдавливании, тем выше механические свойства обработанного металла (М.А.Гредитор «Давильные работы и ротационное выдавливание». - М.: Машиностроение, 1971 г., с.67).
Недостатком данного способа является отсутствие возможности изготавливать детали с определенными конструкцией механическими свойствами без создания трудоемких графических зависимостей на основе экспериментальных данных. Метод последовательных попыток, применяемый при построении графиков, позволяет делать только ориентировочные выводы.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является способ изготовления деталей с повышенными механическими свойствами ротационным выдавливанием путем одно или несколько переходной обработкой листовой заготовки, включающий ее установку на вращающейся оправке при продольном перемещении давильного инструмента, установленного с зазором между оправкой и роликом. Для получения заданных повышенных механических свойств металла в детали перед ротационным выдавливанием рассчитывают степень утонения для каждой последующей детали с корректировкой коэффициентом, определяемым опытным путем и зависящим от условий проведения процесса по предложенной в патенте зависимости (патент №2380184, МПК B21D 22/16, 27.01.2010).
Недостатком данного способа является отсутствие возможности изготавливать детали с определенными конструкцией механическими свойствами в поясах профиля.
Технической задачей предлагаемого способа является обеспечение возможности изготовления деталей конической или оживальной формы, в том числе оболочек ЖРД, с активным регулированием механических свойств металла в i-й точке профиля детали при минимальном весе деталей и увеличении их прочности.
Данная задача решается с помощью способа изготовления деталей из партии заготовок из алюминиевых сплавов и нержавеющих сталей ротационным выдавливанием одно или несколько переходной обработкой листовой заготовки, установленной на вращающейся оправке, при продольном перемещении давильного инструмента, установленного с зазорами между оправкой и роликом, обеспечивающего расчетную степень утонения для каждой последующей детали в i-й точке профиля детали. Расчет степени утонения выполняется по предлагаемой зависимости:
in детали
1
n
in детали
1
ε=ε×К×Δσ/Δσ, где
in детали
ε - степень утонения в i-й точке профиля для n-й детали;
1
ε - степень утонения при ротационном выдавливании l-й детали;
n
n
K - коэффициент, учитывающий изменение условий ротационного выдавливания на каждой последующей детали в отличие от l-й детали из партии, K=1 - при постоянстве условий проведения процесса;
in детали
Δσ - требуемое повышение механических свойств по пределу прочности в i-й точке профиля n-й детали, равное
in детали
in детали
n заготовки
in детали
n заготовки
Δσ=Δσ-σ, где σ и σ - пределы прочности в i-й точке профиля n-й детали и n-й заготовки;
1
1
1 детали
1 заготовки
Δσ - фактическое повышение механических свойств при ротационном выдавливании l-й детали, равное Δσ=σ-σ.
Данный способ изготовления учитывает выполнение требований по регулированию механических свойств металла деталей.
Способ осуществляют следующим образом.
Первую заготовку 1 из партии устанавливают на оправку 2, давильный инструмент 3 устанавливают с определенным зазором со стороны меньшего диаметра заготовки, включают вращение детали и движение вдоль образующей, деталь изготавливают с припуском L по длине.
1 детали
1 заготовки
На припускной части L определяют фактические значения механических свойств σ, зная σ и определяют фактическую степень утонения.
Затем для каждой последующей детали рассчитывают необходимую степень утонения в i-й точке профиля детали для получения необходимых механических свойств металла, используя вышеуказанную зависимость.
n
Расчетную степень утонения для каждой точки детали ротационного выдавливания корректируют коэффициентом K, определяемым опытным путем, зависящим от условий проведения процесса и нагрева детали при изготовлении.
Профиль детали и, соответственно, полуфабриката разбивают на количество частей, чем выше требуемая точность получения результатов ротационного выдавливания, тем большее количество частей.
Процесс изготовления осуществляют в следующем порядке.
В процесс ротационной вытяжки вводят операцию контроля толщины стенки i-й точки профиля (поз.4), выходящей из под давильного инструмента.
B(i+1)n детали
В процесс ротационной вытяжки вводят операцию перерасчета зазора между давильным инструментом и оправкой в (i+1) точке профиля (поз.5) с определением корректировки существующего зазора на основании данных замера толщины в i-й точке профиля, на основании фактических толщин полуфабриката в i-й и (i+1) точках профиля и на основании требуемых значений механических свойств (σ) в данной части оболочки по следующей зависимости:
n
1
n
n
1
(i+1)n детали
in детали
(i+1)n детали
i факт. n детали
ε=ε×K×Δσ/Δσ с определением значения корректировки зазора по зависимости: Δδ=δ×((S/S)-1).
n
n
Затем проводят ротационную вытяжку оболочки, причем в необходимых, где требуется изменение механических свойств, местах профиля в процессе вытяжки проводят измерение полученной сразу за давильным инструментом толщины оболочки в i-й точке, на основании этой фактической величины делают перерасчет степени утонения и, соответственно, зазора по вышеуказанной зависимости для (i+1) точки с целью получения требуемых механических свойств. Коэффициент K определяют опытным путем. K остается неизменным =1, при изготовлении последующих от первой деталей при постоянстве условий проведения процесса. Это достигается увеличением интервала по времени между изготовлением каждой детали до остывания оснастки до первоначальной температуры.
n
В случае изменения условий проведения процесса коэффициент K для каждой следующей за первой деталью данной партии определяют путем анализа влияния на механические свойства нагрева детали при ротационном выдавливании методом испытания образцов, вырезанных из припускной части L детали.
Пример №1 осуществления способа.
Листовую плоскую заготовку из сплава алюминия марки Амг6 в форме диска диаметром 1000 мм, толщиной 25 мм устанавливают на оправку. Необходимо получить конусную деталь - оболочку ЖРД с толщиной стенки 18,0 мм с повышением предела прочности в точке профиля (i+1).
1. Изготавливают первую деталь со следующими результатами:
1 заготовки
2
Предел прочности σ=33,0 кгс/мм в рассчитываемом месте оболочки со степенью деформации в данном месте
1
0
1
0
ε=(S-S)/S=(24,8-17,9)/24,8=0,278, где
0
S=24,8 мм - толщина исходной заготовки;
1
S=17,9 мм - толщина 1-й детали;
B 1 детали
2
Полученный в 1-й детали предел прочности σ =41,6 кгс/ мм.
B 2 исх
2
2. Изготавливают вторую деталь из заготовки с σ =33,4 кгс/мм - предел прочности во 2-й исходной заготовке.
B 2 детали
2
Необходимо получить в детали в (i+1) точке профиля σ =42,3 кгс/мм.
В процессе ротационного выдавливания 2-й детали определяют полученную фактическую толщину детали в i-й точке путем ее замера, размер вводят в компьютер и определяют значение корректировки зазора в (i+1) точке
(i+1)
Δδ по зависимости:
(i+1)2 детали
i 2 детали
(i+1) 2детали
i факт.2детали
Δδ= Δδ×((S/S)-1)
при этом степень утонения определяют из вышепредложенной зависимости
in детали
1
n
in детали
1
ε=ε×К×Δδ/Δδ или
2
1
2
2
2
ε=ε×K×(42,3-33,4)/(41,6-33)=0,278×K×1,0348=0,288×K,
2
2
(i+1) заготовки
(i+1)детали
(i+1) заготовки)
при K=1, ε=0,288=(S-S/S,
(i+1) детали
(i+1) заготовки
откуда S=0,712×S =17,66 мм и определяем значение корректировки зазора в (i+1) точке:
(i+1) 2 детали
i 2 детали
(i+1) 2 детали
i факт.2 детали
Δδ=δ×(S/S-1)=16,5×(17,66/17,5)-1)=0,15 мм, где
i 2 детали
δ =16,5 мм - зазор в i-й точке 2-й детали;
i факт.2 детали
n
S=17,5 мм - толщина детали фактическая в i-й точке 2-й детали. В случае изменения условий проведения процесса коэффициент K для каждой следующей за первой деталью данной партии определяют путем анализа влияния на механические свойства нагрева детали при ротационном выдавливании методом испытания образцов:
n
K=1+0,03(n-1), где n - номер детали в партии (для этого оборудования).
Пример №2 осуществления способа.
2
Листовую заготовку из стали 12Х18Н10Т в форме чаши устанавливают на оправку. Получают оболочку ЖРД с оживальным профилем с толщиной стенки 3,6 мм с повышением предела прочности до 68 кгс/мм в поясе профиля 5-й точки.
1. Изготавливают первую деталь со следующими результатами:
1 заготовки
2
Предел прочности σ=62,2 кгс/мм,
0
S=7,1 мм - толщина исходной заготовки;
1
S=3,6 мм - толщина 1-й детали;
1
0
1
0
ε=(S-S)/S=-(7,1-3,6)/7,1=0,493;
в 1 детали
2
Полученный предел прочности в 1-й детали σ=65,0 кгс/ мм.
в 2 исх.
2
2. Изготавливают вторую деталь из заготовки с σ=62,8 кгс/мм - предел прочности 2-й исходной заготовки.
в 2 детали т.5
в 2 детали т.6
2
2
Необходимо получить в детали σ=67,0 кгс/мм, σ=69,0 кгс/мм
0 т.4
S=7,15 мм - исходная толщина заготовки в 4-й точке профиля;
0 т.5
S=7,3 мм - исходная толщина заготовки в 5-й точке,
при этом степень утонения для ротационного выдавливания 2-й детали в 5-й точке определяют по вышепредложенной зависимости:
2 детали т.5
2 детали т.4
2
2 детали
1
ε=ε×K×Δσ/Δσ или
2 детали т.5
2 детали т.4
2
2
2
2
2 детали т.4
2детали т.4
2 детали т.4
2детали т.4
ε =ε ×K×(67-62,2)/(68,0-62,8)=0,0493×K×0,538=0,0265×K, при K=1 и при ε=(7,15-S)/7,15, где S замерена в процессе раскатки и равна =3,64 мм и ε= 0,48.
n
В случае изменения условий проведения процесса коэффициент К для каждой следующей за первой деталью данной партии определяют путем анализа влияния на механические свойства нагрева детали при ротационном выдавливании методом испытания образцов:
n
К=1+0,05(n-1), где n - номер детали в партии (для этого оборудования).
Определяют толщину в 5-й точке 2-й детали из формулы степени деформации:
2 детали т.5
2 заготовки
2детали
2 заготовки
2 детали
2 детали т.5
ε=0,0265=(S-S)/S=(7,3-S)/7,3 из чего S=7,1 мм и по зависимости:
2 детали т.5
2 детали т.4
2 детали т.5
2 детали факт. т.4
Δδ=δ×(S/S-1)определяют значение корректировки зазора в 5-й точке.
Таким образом, в результате указанного способа ротационного выдавливания получают детали, в том числе оболочки сопла ЖРД, с необходимыми в i-й точке профиля детали механическими свойствами. В конструкциях такого типа имеется рациональное распределение механических свойств, что обеспечивает в оболочках ЖРД расчетные механические свойства по стенке, дает возможность повысить прочностные характеристики и снизить вес.