ШТАМП ДЛЯ ФОРМОВКИ ДИСКОВ РОТОРОВ КОМПРЕССОРОВ И ТУРБИН ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Полезная модель относится к оборудованию для обработки металлов давлением и может быть использована в авиационном и энергетическом машиностроении для изготовления поковок дисков роторов компрессоров и турбин газотурбинных двигателей (ГТД).
Известен закрытый штамп для горячей объемной штамповки, содержащий нижнюю неподвижную и верхнюю подвижную половины, на которых выполнены гравюры для формообразования изделия. В нижней половине штампа размещен выталкиватель. На нижней половине штампа выполнены щелевые компенсаторы, связанные с полостью штампа и предназначенные для удаления из рабочей полости штампа избытка металла. Для осуществления формообразования нагретая заготовка укладывается на нижнюю половину. Включается перемещение верхней половины штампа, в результате чего осуществляется штамповка заготовки. По окончании процесса формообразования реверсируют перемещение верхней половины штампа и посредством толкателя поднимают изделие над нижней половиной штампа. Удаляют изделие из штампа.
(см. Патент РФ №2281181 МПК B21J 13/02, 2006 г..).
Недостатком данного штампа является пониженный выход годных изделий за счет недостаточно точной относительной центровки его половин, а также незначительные функциональные возможности, в виду невозможности получения изделий с центральными отверстиями и отформованными торцами.
Известен штамп для закрытой штамповки, содержащий разъемный из верхней и нижней частей корпус. В нижней части корпуса закреплена нижняя вставка, с расширяющейся вверх полостью, в которой размещена подвижная вставка-обойма с цилиндрической внутренней поверхностью. В нижней части вставка-обойма имеет кольцевой выступ, на котором установлена вставка-дно. В корпусе, неподвижной вставке и вставке-дне имеются соосные отверстия, предназначенные для перемещения толкателя.
В верхней части корпуса размещена вставка с пуансоном и самораскрывающаяся обойма, подвешенная посредством тяг к пуансону.
Подлежащую формообразованию нагретую исходную заготовку загружают в рабочую полость нижней части штампа, образованную вставкой-обоймой и дном. При ходе вниз и контакте с заготовкой пуансон передает через нее усилие пресса на вставку-дно, которая за счет кольцевого бурта начинает перемещать вниз вставку-обойму до жесткого ее контакта с неподвижной вставкой. Самораскрывающаяся обойма при этом перемещается вниз и закрывает рабочую полость штампа и начинается процесс формообразования, который протекает как в закрытом штампе. По окончании процесса формообразования перемещают вверх верхнюю часть штампа. Включают перемещение толкателя, который поднимает штампованное изделие. Удаляют изделие из штампа.
(см. Патент РФ №2294812 МПК B21J 13/02, 2007 г.).
В результате анализа конструкции известного штампа необходимо отметить, что он обеспечивает получение изделий в виде тел вращения. Однако он весьма сложен конструктивно, металлоемок, требует изготовления большого количества точных деталей, а, кроме того, не обеспечивает формовку торцов заготовок, что снижает область его применения.
Известен штамп для выдавливания поковок дисковой формы, содержащий верхнюю полуматрицу с контейнером, имеющим полость для размещения подлежащей формовке заготовки, и нижнюю полуматрицу. Между полуматрицами размещен сменный вкладыш, выполненный сборным из состыкованных друг с другом в кольцо сегментов. Установка вкладыша на нижней полуматрице осуществляется таким образом, что его центр симметрии совпадает с осью симметрии штампа.
Вкладыш и полуматрицы образуют рабочий объем для истечения металла при формовке исходной заготовки. В полость контейнера имеет возможность входа пуансон пресса-штемпеля.
Для осуществления формования заготовки, последняя устанавливается в полость контейнера верхней полуматрицы и выдавливается пуансоном пресса-штемпеля в рабочий объем, образованный нижней полуматрицей, верхней полуматрицей и собранным в кольцо вкладышем.
(см. А.С. СССР №461780 (Фиг. 3), кл. B21J 13/02, 1975 г.) - наиболее близкий аналог.
Недостатком известного штампа являются его ограниченные технологические возможности, связанные с невозможностью формования поковок с центральным отверстием. Так, при формовании дисков роторов и турбин ГТД невозможность получения центрального отверстия приводит к необходимости осуществления дополнительных операций, связанных с получением отверстия. Весьма важным также является необходимость выставки собираемых в кольцо вставок строго по центральной оси штампа. В известном техническом решении, когда деталь удаляется из рабочего объема вместе с вставками, необходимо осуществлять выставку их для каждой детали, что занимает много время и снижает точность их установки, а, следовательно, точность формовки.
Техническим результатом заявленной полезной модели является разработка штампа, обеспечивающего формовку дисков с высокой точностью и производительностью, а также характеризующегося более высокими технологическими возможностями за счет обеспечения получения дисков с центральным отверстием заданной формы и размеров и формованным торцом.
Указанный технический результат достигается тем, что в штампе для формовки дисков роторов компрессоров и турбин газотурбинных двигателей, включающем верхнюю и нижнюю полуматрицы, выполненный на верхней матрице контейнер, имеющий полость, предназначенную для размещения подлежащей формованию заготовки пуансоном, входящим в данную полость, установленный на нижней полуматрице вкладыш, выполненный из отдельных состыкованных друг с другом сегментов, новым является то, что штамп оснащен установленными на нижней полуматрице соосно центральной оси штампа центрирующим кольцом и вставкой, имеющей коническую форму, вкладыш помещен в центрирующее кольцо, на вкладыше выполнены гравюры лопаточной части обода диска, а на верхней и нижней полуматрицах выполнены гравюры профиля диска. При изотермической формовке диска все детали штампа могут быть выполнены из жаропрочного сплава, а контейнер и верхняя полуматрица могут быть выполнены в виде одной детали.
Для изготовления штампа используются известные материалы, его конструктивные элементы могут быть изготовлены на известном оборудовании по технологиям, известным для специалистов.
Для осуществления работы штамп размещают на известном прессовом оборудовании
Технология формования поковок, используемые на данном штампе, также известны специалистам.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлен штамп в разрезе.
Штамп для формовки дисков роторов компрессоров и турбин ГТД состоит: из верхней 1 и нижней 2 полуматриц. Между полуматрицами на нижней полуматрице 2 установлено соосно с центральной осью (O-O) штампа центрирующее кольцо 3. На верхней полуматрице 1 имеется контейнер 4 с центральной полостью, предназначенной для размещения в ней формуемой заготовки. Контейнер может быть выполнен в виде отдельного элемента и прикреплен к верхней полуматрице. Контейнер 4 и верхняя полуматрица 1 могут быть выполнены зацело, в виде одной детали. В виде одной детали верхнюю полуматрицу и контейнер наиболее целесообразно выполнять в случае, когда технологическим процессом формовки предусмотрена изотермическая штамповка, для осуществления которой детали штампа выполняют литыми из жаропрочных литейных никелькобальтовых сплавов. При любом исполнении контейнера 4 в его центральную полость имеет возможность захода пуансон 5. В случае, если исходная заготовка выполнена полой, используют полый пуансон 5. На нижней полуматрице 2 по центральной оси «O-O» штампа съемно установлена сменная вставка 6, имеющая коническую форму. Диаметр нижней части вставки 6 равен диаметру центрального отверстия поковки диска, а ее высота не менее высоты получаемой поковки. В центрирующем кольце 3 размещен сменный вкладыш 7, состоящий из отдельных сегментов, состыкованных друг с другом и образующих в собранном состоянии кольцо. На внутренней образующей сегментов выполнен профиль гравюры лопаточной части обода формуемого диска. На обращенных друг к другу поверхностях верхней и нижней полуматриц выполнены гравюры профиля формуемого диска.
Использование центрирующего кольца, установленного на нижнюю полуматрицу строго по центральной оси штампа, позволяет осуществлять в нем сборку вкладыша 7 который автоматически будет занимать положение, при котором его центральная ось будет находиться на центральной оси штампа, то есть, центрирование вкладыша автоматически обеспечивается кольцом 3. Это значительно повышает точность и производительность обработки.
Штамп работает следующим образом.
Штамп в сборе (вкладыш 7 собран из сегментов и установлен в центрирующее кольцо 3, вставка 6 установлена на полуматрицу 2) устанавливают на стол пресса и центрируют с пуансоном 5, закрепляемом на подвижной траверсе пресса. После центровки штамп закрепляют на столе. Для формовки из заготовки диска осуществляют предварительный нагрев деталей штампа (до 300-400°C) и нагрев заготовки до ковочной температуры (до 1200-1000°C).
Нагретую заготовку помещают в контейнер 4 и, перемещением траверсы пресса, осуществляют рабочий ход пуансона 5, величина которого обеспечивает получение требуемой высоты ступицы диска. В процессе рабочего хода пуансона металл заготовки заполняет рабочий объем между полуматрицами и вкладышем, в результате чего гравюры верхней 1 и нижней 2 полуматриц формуют боковые поверхности диска, а гравюры вкладыша 7 - профиль лопаточной части обода диска.
Вставка 6 при формовании диска служит рассекателем, обеспечивающим течение метала в формуемый объем, а на конечной стадии - формовку отверстия диска. Использование вставки 6 обеспечивает формование дисков с центральным отверстием.
После окончания формовки осуществляют подъем пуансона 5, верхней получатрицы 1 с контейнером 4 и выемку готовой поковки с вкладышем 7 и вставкой 6 из кольца 3. После выемки поковки с ее образующей снимают сегменты вкладыша 7, удаляют из отверстия вставку 6 (коническая ее форма облегчает удаление вставки из отверстия отформованного диска) и помещают готовую поковку диска в тару.