ПУАНСОН ДЛЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ РАЗДАЧЕЙ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ КОНИЧЕСКОЙ КОЛЬЦЕВОЙ ОБЕЧАЙКИ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к инструментальной оснастке для обработки металлов давлением и может быть использована для формообразования раздачей трубных заготовок при изготовлении конических кольцевых обечаек и дисков-колец газотурбинных двигателей (ГТД) из цилиндрических трубных заготовок в авиационном и энергетическом машиностроении.
Известен пуансон для формообразования концов труб, содержащий выполненные в виде единой детали хвостовик, формообразующий и фланцеобразующий участки, фланцеобразующий участок выполнен в виде цилиндра, расположенного перпендикулярно к оси пуансона, а формообразующий участок выполнен в форме усеченного конуса с поперечным сечением у хвостовика, ограниченным окружностью, переходящей в эллипс к фланцеобразующему участку.
(см. ас. СССР №1640874, кл. B21D 41/02, 2005 г.).
В результате анализа известного решения необходимо отметить, что выполнение пуансона в виде цельной детали, на которой образованы формообразующие участки, конструктивно весьма сложно, а главное - не обеспечивает высокого качества обработки.
Известен пуансон для раздачи концов труб, выполненный сборным и содержащий хвостовик, на котором последовательно расположены: выполненные в виде дисков цилиндрическая и коническая части, образующие которых составляют направляющий участок; вогнутая и выпуклая части, образующие которых составляют формообразующий участок; коническая и цилиндрическая части, образующие которых составляют калибрующий участок. Диски направляющего и калибрующего участков выполнены из материала с низкой магнитной проницаемостью и незначительной подверженностью нагреву, а диски формообразующего участка выполнены из высокоуглеродистой стали, подверженной быстрому нагреву при помещении ее в высокочастотное поле.
(см. патент РФ №2127165, кл. B21D 41/02, 1999 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известного решения необходимо отметить, что сборно-разъемная конструкция пуансона позволяет осуществлять раздачу концов трубных заготовок различной формы и размеров за счет изменения геометрических параметров устанавливаемых на хвостовике формообразующих элементов - дисков, образующие поверхности которых формируют рабочий профиль пуансона, а также, варьируя радиусами вогнутой и выпуклой поверхностей и углом конусности направляющего и калибрующего участков, подбирать оптимальную форму пуансона для трубных заготовок из различных материалов, так как они имеют разные физико-механические свойства и коэффициент трения поверхностей трубной заготовки и пуансона. Однако в конструкции данного пуансона не предусмотрено центрирование формообразующих элементов (дисков) относительно хвостовика (они при установке навинчиваются на резьбовую наружную поверхность хвостовика), что снижает точность формообразования. Кроме того, нагружаемое в процессе формообразования резьбовое соединение хвостовика и формообразующего элемента не обеспечивает их надежной фиксации после сборки, что при работе может привести к их относительному смещению, а, следовательно, снижению качества обработки. Весьма существенно, также и то, что установка на хвостовик формообразующих элементов, обеспечивающих полный цикл обработки, позволяет проводить операцию центрирования только один раз перед началом обработки, однако значительные осевые габариты пуансона снижают его жесткость, что также снижает качество обработки поверхности. Недостатком известного пуансона также является наличие резьбового соединения между хвостовиком и формообразующими элементами, применение которого в штамповом инструменте не рекомендуется из-за возможности смятия резьбы при формообразовании заготовок и, соответственно, заклинивания формообразующих элементов на хвостовике и невозможности их последующего снятия и замены
Техническим результатом полезной модели является повышение качества обработки поверхностей трубных заготовок за счет повышения точности формообразования поверхности и снижения усилия раздачи при их формообразовании.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в пуансоне для формообразования раздачей трубной заготовки, используемом при изготовлении конической кольцевой обечайки газотурбинного двигателя и выполненным сборным из хвостовика, верхний конец которого предназначен для соединения с подвижной траверсой пресса, и формообразующего элемента, установленного на упомянутом хвостовике, новым является то, что на нижнем конце упомянутого хвостовика выполнен центрирующий поясок, а на формообразующем элементе - центрирующее отверстие, предназначенное для контакта с центрирующим пояском хвостовика при сборке пуансона, причем формообразующий элемент выполнен в виде диска, имеющего форму усеченного конуса с формообразующей конической поверхностью, при этом диаметр малого основания усеченного конуса формообразующего элемента равен внутреннему диаметру формообразуемой трубной заготовки, а высота составляет не менее толщины стенки формообразуемой трубной заготовки.
Выполнение пуансона сборным с возможностью замены формообразующих элементов, позволяет использовать гамму формообразующих элементов разной конусности и высоты при раздаче трубных заготовок из различных материалов и осуществлять быструю переналадку инструмента в процессе работы, что обеспечивает оптимальные режимы обработки в течение всего цикла формообразования. Так, например, при формообразовании конических кольцевых обечаек дисков-колец ГТД, использование заявленного пуансона со сменными формообразующими элементами с разным углом конусности гарантированно обеспечивает получение заданных механических характеристик и структуры металла, как по высоте изделия, так и по его радиусу.
Приравнивание малого основания усеченного конуса формообразующего элемента пуансона внутреннему диаметру трубной заготовки, позволяет производить раздачу заготовки на конус по всей ее высоте с заданным чертежом малым диаметром получаемой конической обечайки.
Выполнение наружного конического кольца пуансона высотой Н не менее толщины S стенки трубы позволяет производить раздачу заготовки на конус по всей ее высоте без складкообразования.
Все это повышает точность формообразования трубных заготовок и качество формообразуемой поверхности.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлен пуансон, осевой разрез.
Пуансон выполнен сборным и состоит из хвостовика 1, выполненного, например, круглого сечения диаметром d1, имеющего возможность соединения своим верхним концом с подвижной траверсой пресса (не показана). На нижнем конце хвостовика имеется центрирующий поясок, например, круглого сечения диаметром d2, предназначенный для центрирования устанавливаемого на хвостовик 1 формообразующего элемента 2.
Формообразующий элемент 2 выполнен в виде диска, имеющего форму усеченного конуса с диаметрами оснований d (меньшее основание), D (большее основание), и высотой Н. Формообразующей поверхностью усеченного конуса является его коническая поверхность. На формообразующем элементе 2 выполнено центрирующее отверстие (позицией не обозначено) и соосная с ним проточка (позицией не обозначена) со стороны большего основания D. При сборке пуансона формообразующий элемент 2 центрирующим отверстием надевают на центрирующий поясок d2, центрируя его относительно хвостовика 1, и перемещают относительно хвостовика 2 до упора дна его проточки в выступ хвостовика, образованный на его нижнем торце центрирующим пояском. Такая установка центрирующего элемента на хвостовик, кроме точного центрирования собранных элементов пуансона, обеспечивает его высокую жесткость, что весьма важно при формообразовании труднообрабатываемых материалов.
Фиксация сцентрированного относительно хвостовика 1 формообразующего элемента 2 на хвостовике осуществляется с возможностью их разъема известным образом, например, по скользящей посадке.
Пуансон работает следующим образом.
Подлежащую формообразованию (раздаче) трубную заготовку 3 толщиной стенки S устанавливают на плоскую плиту 4, размещенную на столе пресса.
К верхней траверсе пресса крепят верхним концом хвостовик 1. На нижнем конце хвостовика устанавливают формообразующий элемент 2 (если он не был установлен до
монтажа хвостовика на траверсу пресса) направлением меньшим основанием d вниз. Пуансон готов к работе.
вн
Включают ход траверсы пресса вниз, в результате чего коническая поверхность формообразующего элемента 2 контактирует с внутренней поверхностью d трубной заготовки и при ходе пресса вниз происходит формообразование-раздача трубной заготовки на конус с углом конусности формообразующего элемента. Собственно сам процесс раздачи трубной заготовки известен специалистам и нет необходимости приводить его в данной заявке.
При формообразовании заготовок из труднодеформируемых сталей и сплавов, например, при получении из трубной заготовки плоского диска - кольца корпуса ГТД, раздачу осуществляют в несколько этапов, для чего используют последовательно устанавливаемые на хвостовик 1 формообразующие элементы 2 с углом конусности 60°, 45° и 30°, при установке которых нет необходимости в проведении работ по центрированию, после чего полученную коническую обечайку разворачивают на плоских плитах пресса в диск-кольцо корпуса ГТД. В данном случае хвостовик 1 является центрирующим элементом для всех устанавливаемых на него сменных формообразующих элементов 2.
Предлагаемый пуансон обеспечивает формообразование раздачей трубных заготовок, в том числе, из жаропрочных сталей, никелевых и титановых сплавов с высокой точностью и при низких температурах, так как усилие, прилагаемое при раздаче трубной заготовки, особенно, если раздача осуществляется в несколько этапов последовательной заменой формообразующих элементов, значительно меньше усилия формообразования при осуществлении формообразования, например, объемной штамповкой.