КОЛЬЦЕВАЯ ЗАГОТОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОЛЬЦЕВЫХ ДЕТАЛЕЙ ГАЗОТУРБИННЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ПУТЕМ КОВКИ-РАСКАТКИ

Полезная модель относится к заготовительному производству, а именно к получению кольцевых сварных заготовок из труднодеформируемых жаропрочных сталей и сплавов, предназначенных для получения из них ковкой-раскаткой деталей газотурбинных энергетических установок, например, деталей корпусов камер сгорания, опор турбин авиационных газотурбинных двигателей (ГТД).
Известна заготовка кольцевой детали под раскатку с отбортовкой, выполненная в виде кольца с профильным сечением стенки, имеющим крайние и средний участки с утолщениями в местах их сопряжений, причем образующие крайних и среднего участков расположены на одной прямой, а поперечное сечение утолщений на наружной поверхности заготовки выполнено треугольной формы с прямым углом при вершине и высотой, определяемой соотношением: H=0,415h+0,708R, где:
- h- толщина стенки крайних и среднего участка заготовки;
- R - радиус изгиба готовой кольцевой детали,
а места сопряжений крайних и среднего участков на внутренней поверхности заготовки выполнены с радиусом, равным радиусу изгиба готовой кольцевой детали (см. авторское свидетельство СССР №999306, кл. В21Н 1/06, 2005 г.).
В результате анализа выполнения данной кольцевой заготовки необходимо отметить, что, имея весьма сложный исходный профиль, она трудоемка в изготовлении. Утолщения в местах сопряжений среднего и крайних участков затрудняют процесс раскатки и приводят к необходимости увеличивать припуски под последующую обработку, а удаление утолщений путем обработки их резанием или давлением весьма трудоемко и приводит к изменению структуры металла на данных участках, что снижает качество заготовки.
Известна заготовка для деталей газотурбинных двигателей, выполненная в виде согнутой в кольцо 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
1
(см. авторское свидетельство СССР №1267676, кл. B21D 63/16, 1995 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа выполнения данной кольцевой заготовки необходимо отметить, что она из-за разных радиусов кривизны имеет сложный исходный профиль, что обусловливает необходимость оставлять большие припуски под последующую обработку для придания ей кольцевой формы, то есть, уменьшать коэффициент использования материала. В случае получении кольцевой формы заготовки ее правкой, наибольшие усилия в процессе правки 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 использованием контактной сварки, весьма невелика. Все это снижает качество заготовки.
Задачей настоящей полезной модели является повышение коэффициента использования металла при изготовлении заготовки за счет минимальных припусков под последующую обработку, а также ее качества за счет приближения свойств сварного соединения к свойствам основного металла.
Решение указанной задачи с достижением заданного технического результата обеспечивается тем, что в кольцевой заготовке для получения кольцевых деталей газотурбинных энергетических установок путем ковки-раскатки, содержащей имеющий форму кольца протяженный заготовительный элемент, концы которого соединены друг с другом сваркой, новым является то, что свариваемые концы протяженного заготовительного элемента скошены по отношению к его продольной оси, а сварены они со смещением друг относительно друга в плоскости сварки, причем угол скашивания концов протяженного заготовительного элемента находится в следующем интервале размеров: 0<α<90°, где - α угол скашивания, а относительное смещение концов протяженного заготовительного элемента составляет 0,2-0,5 минимального размера его сечения.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
- на фиг. 1 - кольцевая заготовка для получения кольцевых деталей газотурбинных энергетических установок путем ковки-раскатки;
- на фиг. 2 - вид А по фиг. 1.
2
Для изготовления заготовки используют протяженный заготовительный элемент (пруток, полосу) 1 различной формы поперечного сечения (квадрат, круг, эллипс, прямоугольник и пр.). Длина протяженного заготовительного элемента может быть разной и выбирается таким образом, чтобы получить из данного элемента кольцевую заготовку заданного диаметра. Данные расчеты не представляет сложностей для специалистов. Концы 2 протяженного заготовительного элемента скашивают под углом а к его продольной оси (О-О). Угол скашивания находится в пределах 0<α<90°, то есть, не превышает 90°. Далее протяженный заготовительный элемент 1 известным образом, например, на вальцах гибочной машины, изгибают в кольцо заданного диаметра. Концы 2 протяженного заготовительного элемента при этом располагаются практически напротив друг друга. После формообразования протяженного заготовительного элемента в кольцо осуществляют сварку скошенных концов 2 друг с другом. Перед осуществлением сварки концы протяженного заготовительного элемента выставляют в сварочном приспособлении друг относительно друга таким образом, чтобы они были смещены друг относительно друга в плоскости сварки (А-А) на величину h, которая находится в интервале 0,2-0,5 минимального размера сечения прутка. Осуществляют сварку согнутого в кольцо концов протяженного заготовительного элемента друг с другом. Процесс получения заготовки закончен.
Скашивание подлежащих сварке концов протяженного заготовительного элемента под углом в пределах 0<α<90° обеспечивают повышение прочности сварного соединения за счет увеличения его площади, а также получение при последующей обработке (ковке-раскатке) механических свойств сварного соединения, близких к основному металлу за счет дополнительных сдвиговых деформаций в сварном соединении, способствующих проковке литой структуры металла шва и заварке его сварочных трещин.
Величина относительного сдвига торцов в пределах (0,2-0,5) минимального размера сечения протяженного заготовительного элемента получена экспериментально и обеспечивает при его ковке-раскатке относительную деформацию сварного соединения, исправляющую сварочный перегрев (h=0,2) и заварку сварочных трещин (h=0,5) при их наличии в металле шва и околошовной зоне, выравнивая механические свойства сварного соединения и основного металла, что повышает качество кольцевой заготовки. Для протяженных заготовительных элементов, поперечное сечение которых имеет только один размер, например, диаметр, если сечение имеет форму круга, принимаем его и как минимальный размер.
3
Примером использования данной полезной модели может служить изготовление заготовки кольца для корпуса турбины ГТД из сплава ЭП 708 ВД (ХН62 ВМЮТ) с чистовыми размерами (наружный диаметр × внутренний диаметр × толщина) 265×215×23 мм. Размеры кольцевой заготовки для получения кольца с данными чистовыми размерами следующие: 260×215×30 мм.
Для получения кольцевой детали в качестве заготовительного элемента использовали протяженный заготовительный элемент-пруток диаметром 40 мм из сплава ЭП 708 ЭД. Пруток на молоте 0,75 тм в плоских бойках на горячо протянули на сечение 22,5×30 мм. Затем с этого же нагрева провели скашивание концов прутка путем расплющивания их на угол 45°. Далее протяженный заготовительный элемент поместили в термическую печь, в которой его нагрели до 1100°C, выдержали 1 час и охладили на воздухе. На наждачном круге провели зачистку скошенных концов 2, затем на гибочных вальцах согнули протяженный заготовительный элемент в кольцо и провели аргонно-дуговую сварку его концов со сдвигом их относительно друг друга на 6 мм (h=0,2). Провели нагрев сваренного по концам протяженного заготовительного элемента до температуры 1100°C и на плоских бойках пресса осадили полученную кольцевую заготовку в размеры 260×215×30 мм. На участке ковки-раскатки получили деталь с чистовыми размерами 265×215×23 мм. При проведении контроля трещин и надрывов в зоне сварного соединения не обнаружено.
Использование кольцевой заготовки обеспечивает получение после ее ковки и/или раскатки сварно-кованую поковку кольцевых деталей ГТД с минимальными припусками под механическую обработку по сравнению с поковкой, получаемой по традиционной технологии (осадкой, прессованием, раскаткой).
По сравнению с выполнением традиционных заготовок кольцевой формы, у которых коэффициент использования металла составляет 20-30%, в предложенной заготовке он составил 60%, то есть, вырос не менее, чем в три раза.