КОЛЬЦЕВАЯ ЗАГОТОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОЛЬЦЕВЫХ ДЕТАЛЕЙ КОРПУСОВ КАМЕР СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Полезная модель относится к заготовительному производству, а именно к получению кольцевых сварных заготовок из труднодеформируемых жаропрочных сталей и сплавов, предназначенных для производства из них корпусов камер сгорания авиационных газотурбинных двигателей (ГТД).
Известна заготовка кольцевой детали из малопластичного материала под раскатку с отбортовкой, выполненная в виде кольца с профильным сечением стенки, сечение выполнено швеллерного типа с утолщениями в местах перегиба полок, причем стенка заготовки между полками выполнена изогнутой по дуге окружности, а на изогнутой поверхности стенки выполнен кольцевой выступ треугольного сечения.
(см. авторское свидетельство СССР №497079, кл. В21Н 1/06, 1975 г.).
В результате анализа выполнения данной кольцевой заготовки необходимо отметить, что она, имея весьма сложный исходный профиль, трудоемка в изготовлении. Утолщения в местах сопряжений среднего и крайних участков затрудняют процесс получения из заготовки изделия, который осуществляется, преимущественно, раскаткой и приводят к необходимости увеличивать припуски под последующую обработку, а удаление утолщений путем обработки их резанием или давлением приводит к изменению структуры металла на данных участках, что снижает качество заготовки.
Известна заготовка для деталей газотурбинных двигателей, выполненная в виде согнутой полосы, торцы которой сварены друг с другом контактно-дуговой сваркой, причем концы полосы в зоне сварки имеют прямолинейную форму, а криволинейная поверхность заготовки выполнена с различными радиусами кривизны (см. авторское свидетельство СССР №1267676, кл. B21D 63/16, 1995 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа выполнения данной заготовки необходимо отметить, что она, как и заявленная, выполнена сварной, однако из-за разных радиусов кривизны имеет довольно сложную форму, что обусловливает необходимость оставлять большие
припуски под последующую обработку для придания ей кольцевой формы, что приводит к уменьшению коэффициента использования материала. Для получения заготовки кольцевой формы необходима ее правка обработкой давлением, наибольшие усилия в процессе которой приходятся на область сварного соединения для изгиба прямолинейных участков, что может привести к появлению трещин и даже разрушению сварного соединения, тем более, что его прочность за счет использования контактной сварки, весьма невелика. Все это снижает качество заготовки и приводит к повышенному браку при изготовлении из нее изделий.
Техническим результатом полезной модели является повышение качества заготовок кольцевых деталей корпусов камер сгорания ГТД из жаропрочных труднодеформируемых сталей и сплавов за счет улучшения структуры материала в зоне сварного соединения, а также повышение коэффициента использования материала за счет уменьшения припусков под обработку заготовки при получении из нее детали.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в кольцевой заготовке для получения кольцевых деталей корпусов камер сгорания ГТД, выполненной из прутка, торцы которого сварены друг с другом, новым является то, что пруток в сечении имеет форму круга радиусом окружности r, а заготовка имеет форму тора, у которого R>r, где R - расстояние от центра окружности прутка до оси вращения, причем сварное соединение торцов прутка получено путем сварки плавлением с использованием электрода того же химического состава, что и пруток.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
- на фиг. 1 - кольцевая заготовка в разрезе;
- на фиг. 2 - поковка кольцевой детали корпуса камеры сгорания ГТД, полученная из кольцевой заготовки, в разрезе.
Для получения заготовки используют пруток радиусом окружности r его поперечного сечения. Длина прутка может быть разной и выбирается таким образом, чтобы получить из него посредством гибки заданных размеров кольцевую заготовку, сварную по торцам. Данные расчеты не представляет сложностей для специалистов.
Из разогретого прутка заданной длины осуществляют, например, на вальцах гибочной
машины его гибку в кольцевую заготовку, имеющую форму тора, у которого R>r, где R - расстояние от центра окружности прутка до оси вращения. Концы прутка при этом располагаются напротив друг друга.
На стандартном сварочном приспособлении осуществляют сварку согнутого в форму тора концов прутка друг с другом.
Необходимо отметить, что операция сварки торцов прутка приводит к высокотемпературному перегреву материала с существенным ухудшением его структуры и механических свойств в зоне сварки. Как показали исследования, восстановление свойств материала в зоне сварки весьма сложная проблема.
Для восстановления и выравнивания свойств материала в сварном соединении, возможно использовать горячую механическую обработку, при проведении которой осуществляют нагрев заготовки до верхней температуры ковки металла (или сплава) и проковку сварочного шва и околошовной зоны с величиной относительной деформации не менее 0,2 (уков 1,5) (см. Онищенко А.К. «Исправление высокотемпературного перегрева стали пластической деформацией», труды ЦНИИМАШ, №102, Москва, 1972 г.).
Повышение свойств материала в заготовке в зоне сварки, что, в конечном счете, приводит к повышению качества заготовки, можно также обеспечить подбором оптимального состава и структуры сварного шва, в том числе, за счет подбора состава сварочного электрода.
Весьма целесообразно использовать сварку плавлением с использованием электрода того же химического состава, что и материал прутка. В данном случае не нарушаются химический состав и структура кольца в целом.
Сварочной операцией завершается процесс получения кольцевой заготовки.
Изготовление заготовки в форме тора позволяет при последующей ее раскатке для получения изделия, особенно на первоначальном этапе, применять более «мягкую» схему напряженного состояния в очаге деформации по сравнению с процессом раскатки кольцевых заготовок, имеющих прямоугольное сечение, при раскатывании которых имеет место схема всестороннего напряженного состояния сжатия, которая способствует образованию трещин на заготовках, особенно при нижних температурах горячей раскатки.
Примером использования данной полезной модели может служить изготовление кольца корпуса турбины газотурбинного двигателя из сплава ЭП 708ВД (ХН62ВМЮТ) с чистовыми размерами (наружный диаметр (Dнар)  внутренний диаметр (Dвн)  высота (h)
25622123 мм.
Размеры поковки кольца следующие: Dнар=260 мм; Dвн=215 мм; h=30 мм.
В качестве исходной заготовки под раскатку использовали тороидальную заготовку, изготовленную из прутка диаметром 36 мм со средним диаметром 160 мм, то есть r=18 мм, R=80 мм.
Указанная заготовка была получена путем горячей гибки в кольцо прутка и последующей сваркой плавлением по его торцам. После нагрева в печи до температуры 1150С и выдержке 45 минут, заготовку предварительно «расплющили» на плоских бойках (поперечная осадка) до высоты (h) 23 мм, а затем раскатали на оправке под молотом 0,75 тонн до окончательных размеров поковки. Трещин и надрывов при ковке не обнаружено ни в основном металле, ни в зоне сварного соединения.
Повышение коэффициента использования металла достигается точным подбором значений R и r тора, которые по площади сечения и по размерам близки к окончательным размерам изделия.