СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЕРЕХОДНИКОВ
METHOD OF PRODUCING BIMETAL ADAPTERS

Изобретение относится к машиностроению, а именно к обработке металлов давлением, и может быть использовано для изготовлении биметаллических переходников с нахлесточным соединением слоев с наружным слоем из менее пластичного материала, по отношению к внутреннему.
Биметаллические переходники - это высоконагруженные детали для соединения гидравлических и газовых трубопроводов из разнородных материалов, например жидкостных реактивных двигателей (ЖРД). К ним предъявляются повышенные требования по прочности, герметичности, надежности работы в условиях высоких давлений при минимальном весе.
Известен способ изготовления биметаллических переходников из материалов: цирконий - сталь, титан - сталь, алюминий - сталь, согласно которому получают наружную трубчатую заготовку, выполняют в ней внутреннюю резьбу и, как минимум, одну кольцевую канавку, в наружную заготовку вставляют внутреннюю, выполненную в виде стержня, полученную сборку помещают в вакуум и нагревают до температуры диффузионной сварки, после чего стержень пластически деформируют путем сжатия его по торцам до заполнения резьбовой и кольцевой канавок материалом стержня, полученную сборку выдерживают при температуре диффузионной сварки до образования сварного соединения по резьбе и канавке, после чего полученное изделие охлаждают (см. патент РФ № 2219024, кл. В23К 20/04, 2003 г.).
В результате анализа известного способа необходимо отметить, что он весьма трудоемок и энергоемок, длителен по времени, что обусловлено применением диффузионой сварки, а также требует для осуществления большого количества разнородной оснастки.
Известен способ изготовления биметаллических изделий, согласно которому осуществляют сборку цилиндрической заготовки из стального основного материала и трубной заготовки из материала покрытия, например нержавеющей стали, нагревают заготовку, деформируют ее и подвергают термообработке, причем при сборке цилиндрическую заготовку вводят в ее трубчатую часть по свободной посадке, после чего заваривают один торец и полученную биметаллическую заготовку подвергают холодному обжатию, заваривают второй торец, а деформацию проводят после нагрева за один проход на стане прокатки-ковки (см. патент РФ № 2238180, кл. В23К 20/04, 2004 г.).
В результате анализа известного способа необходимо отметить, что использование обработки давлением позволяет повысить прочностные характеристики изделия, однако данный способ, как и приведенный выше, характеризуется значительными трудозатратами, сложен в осуществлении, требует большой номенклатуры оснастки, а кроме того, при использовании материалов с разной деформационной способностью возможно трещинообразование при изготовлении изделия.
В настоящее время в качестве исходного материала для изготовления наиболее высоконагруженных переходников для ЖРД наиболее часто применяют биметаллический лист, состоящий из композиции - алюминиевый сплав АМг6 - коррозионностойкая сталь 12Х18Н10Т. Слои биметаллического листа обладают разной деформационной способностью.
При изготовлении биметаллических переходников из данного листа получают листовые дисковые биметаллические заготовки, а биметаллическое изделие (переходник) получают путем штамповки-вытяжки заготовок за несколько переходов в матрице с криволинейным профилем с промежуточными термообработками и окончательной механической обработкой полученного биметаллического переходника.
Отраслевой стандарт 92-8629-75 - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известного способа необходимо отметить, что при наружном расположении в переходнике слоя из АМг6 возможности получения переходников с условным проходом диаметром менее 40 мм ограничены деформационной способностью АМг6 (δ=20%, где δ - относительное удлинение), тогда как при расположении в качестве наружного слоя стали 12X18H10T (δ=40%) переходники изготавливают, начиная с диаметра 6 мм. Кроме того, биметаллическая дисковая заготовка включает участки материалов, которые активно вовлечены в процесс формообразования полуфабриката детали (стакана), но не входят в саму деталь, однако данный аспект усложняет или даже препятствует получению полуфабриката.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа изготовления биметаллических изделий с наружным расположением слоя из менее пластичного материала, по отношению к внутреннему, предотвращение при изготовлении разрушения наружного слоя в центральной части дна вытягиваемого стакана, а также сокращение количества технологических переходов, снижение технологического усилия вытяжки и повышение качества изготавливаемых переходников за счет уменьшения величины относительно сдвига слоев металла на операции штамповки-вытяжки.
Поставленная задача обеспечивается тем, что в способе изготовления биметаллических переходников, согласно которому в качестве заготовки используют биметаллический лист, слои которого обладают разной пластичностью, получают из листа дисковую заготовку, из которой многооперационной штамповкой-вытяжкой формируют цилиндрический стакан с последующей механической обработкой из него переходника, новым является то, что после получения дисковой заготовки перед проведением штамповки-вытяжки в слое с меньшей пластичностью удаляют центральную часть, а в слое с большей пластичностью - периферийную.
Для снижения усилия вытяжки, сокращения технологических переходов, снижения напряжений сжатия в верхней части внутреннего слоя вытягиваемого полуфабриката, уменьшения величины возможного сдвига слоев материала друг относительно друга в плоской дисковой заготовке со стороны ее внешнего диаметра удаляют часть будущего внутреннего слоя материала, который не входит в состав переходника и затрудняет штамповку-вытяжку полуфабриката.
Сущность заявленного способа поясняется чертежами, на которых:
на фиг.1 - дисковая биметаллическая заготовка;
на фиг.2 - вытянутый биметаллический стакан;
на фиг.3 - изделие - биметаллический переходник.
Способ осуществляют следующим образом.
y
Для получения переходника заданных параметров первоначально из биметаллического листа, слои которого имеют разную пластичность, получают (вырезают) дисковую заготовку 1. Слой 2 биметаллической заготовки (внутренний слой переходника) выполнен из стали. Другой слой 3 металла (наружный слой переходника) выполнен из цветного, менее пластичного, чем сталь, металла. Толщину биметаллического листа устанавливают в зависимости от диаметра условного прохода (d) и размеров переходника. Определение диаметра заготовки, пооперационных коэффициентов вытяжки и количества переходов производят по известным формулам и рекомендациям (см., например, Энциклопедия «Новые наукоемкие технологии в технике» под ред. К.С.Касаева. М., МЦ «Аспект», 1994 г. Раздел - Штамповка листовая, стр.189-194 или ОСТ 92 9488 - 81).
0
2
В слое 2 дисковой заготовки диаметром Д выполняют проточку слоя до диаметра Д, определяемого как при расчете диаметра заготовки при вытяжке стакана только из стали (см. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. 6-е изд. М.; Л., 1979 г., стр.97).
1
В слое 3 заготовки выполняют центральную расточку до диаметра Д, который в заготовке должен быть, с учетом технологического припуска под окончательную механообработку, меньше расчетного диаметра зоны контактных слоев готового переходника.
Формообразование изделия (патрубка) производят посредством штамповки-вытяжки заготовки 1 в матрице пуансоном. В результате получают полуфабрикат в форме стакана.
Далее производят механическую обработку полуфабриката и получают изделие (переходник) 4 (фиг.3) с нахлесточным соединением из биметаллического листа. Механическая обработка заключается в обработке торца стакана, отрезке его дна, проточке внутренних и наружных поверхностей.
Заявленный способ будет более понятен из приведенных ниже примеров.
Пример 1.
y
Заявленным способом изготавливали переходник с условным проходом d=6 мм. Наружный слой переходника выполнен из сплава АМг6, а внутренний из стали 12X18H10T.
Для получения переходника использовали биметаллический лист с номинальными размерами: толщина - 3,7 мм; толщина слоя 12X18H10T - 1,5 мм; толщина слоя АМг6 - 2,2 мм.
Из листа получали дисковую биметаллическую заготовку размерами:
диаметр (Д<sub>0</sub>), мм
- 32,5;
Протачивали слой 2 (12X18H10T) до диаметра
- 24,5;
(Д<sub>2</sub>), мм
Растачивали слой 3 (АМг6) до диаметра расточки
- 9;
(Д<sub>1)</sub>, мм
фаски, град.
- 15.
Формообразование полуфабриката вели вытяжкой в холодном состоянии на гидравлическом прессе РУЕ 160 с центральным выталкивателем.
Количество операций вытяжки - 3.
В результате получен переходник размерами:
условный проход диаметром (d<sub>y</sub>), мм
- 6+0,1;
наружный диаметр, мм
- 12,5-1,5
длина, мм
- 19,5.
На токарном станке проводили механическую обработку переходника до формы, показанной на фиг.3.
Пример 2.
y
Заявленным способом изготавливали переходник с условным проходом d=40 мм.
Для получения переходника использовали биметаллический лист с номинальными размерами: толщина - 7±0,8 мм; толщина слоя 12X18H10T - 3,5 мм; толщина слоя АМг6 - 3,5 мм.
Аналогично описанному выше получали дисковую заготовку, размерами:
диаметр (Д<sub>0</sub>), мм
- 100;
диаметр проточки слоя 12X18H10T (Д<sub>2</sub>), мм
- 85;
диаметр расточки слоя АМг6 (Д<sub>1</sub>), мм
- 45;
фаски, град.
- 15.
Вытяжку вели аналогично описанному выше. Количество операций вытяжки - 2.
В результате получен переходник размерами:
условный проход диаметром (d<sub>y</sub>), мм
- 40+0,2;
наружный диаметр, мм
- 50-0,2;
длина, мм
- 26.
2
1
y
Окончательную обработку вели на токарном станке. Необходимо отметить, что предварительная механическая проточка (Д) и расточка (Д) дисковой биметаллической заготовки до начала ее деформирования при изготовлении переходников с наружным расположением слоя из менее пластичного, по отношению к внутреннему, материала позволяет не только изготавливать такие переходники диаметром условного прохода (d) от 6 мм, но и примерно в два раза сократить потребное количество технологических переходов вытяжки и уменьшить не менее чем на 30% усилие вытяжки, что оказывает значительное влияние на уменьшение величины относительного сдвига слоев биметалла при вытяжке полуфабриката и повышает прочностные характеристики переходника.