ЗАГОТОВКА ТРУБЧАТОЙ ДЕТАЛИ С ФЛАНЦЕМ

Полезная модель относится к заготовительному производству и может быть использована для производства заготовок, предназначенных для изготовления из них трубчатых деталей с фланцем по одному из торцов, например, элементов корпусов газотурбинных двигателей (ГТД).
Известна корпусная заготовка, выполненная в виде обечайки цилиндрической формы, полученной из листа гибкой его в цилиндр с последующей сваркой торцов, причем на торцах заготовки с обеих сторон сварного шва выполнены полукруглые лунки (см. А.С. СССР №387545, кл. B21D 19/00, 1973 г.).
Данная обечайка выполнена из тонкого листа малой жесткости, без припуска на дальнейшую механическую обработку и формообразование, а получение из обечайки детали заключается в нанесении защитного и декоративного покрытий на ее наружную и внутреннюю поверхности.
Известна заготовка корпуса реактора, выполненная в виде обечайки цилиндрической формы, согнутой в цилиндр из листа и сваренной по торцам листа, причем на наружной и внутренней цилиндрических поверхностях заготовки имеются припуски под дальнейшую механическую обработку (см. патент РФ №2492958, кл. В21К 21/00, 2012 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известного решения необходимо отметить, что данная заготовка, как и заявленная, выполнена с припусками под дальнейшую обработку по наружной и внутренней поверхностям и с окончательным размером по длине (высоте). Однако выполнение данной заготовки не является оптимальным при необходимости формирования (отбортовки) на ней в процессе получения детали фланца, так как при его отбортовке имеют место большие радиусы перехода от фланца к цилиндрической части детали и поэтому применительно к корпусу ГТД необходимо назначение повышенных припусков на механическую обработку. Кроме того, при отбортовке «в холодную» фланцев на толстостенных обечайках, например, из титановых сплавов, жаропрочных сталей и сплавов, возникает необходимость применения кузнечно-прессового оборудования большой мощности и разработки специальной штамповой оснастки для каждой номенклатуры обечаек.
Техническим результатом полезной модели является снижение усилия при отбортовке фланца и получение точного размера отбортованного фланца с минимальными припусками под его окончательную обработку, вследствие чего повышается коэффициент использования материала (КИМ).
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в заготовке трубчатой детали с фланцем, выполненной в виде обечайки цилиндрической формы с припуском по наружной и внутренней поверхностям под механическую чистовую обработку, новым является то, что на наружной поверхности обечайки, на расстоянии от торца, равном (D-d)/2, где: D - диаметр фланца детали с припуском на механическую чистовую обработку; d - внутренний диаметр заготовки, выполнена кольцевая канавка, глубиной, не превышающей величину припуска под механическую чистовую обработку по наружной поверхности заготовки.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлена заготовка, осевой разрез.
Заготовка выполнена в виде обечайки 1 цилиндрической формы. Она может быть выполнена различным известным образом, например, из листа, согнутого в цилиндр и сваренного по торцам, может быть прессованной, раскатной или отрезанной из катаной трубы. Для патентуемого решения это не принципиально.
н
в
Диаметр отбортовываемого на заготовке фланца 2 при получении из нее детали, обозначен символом «D». Внутренний диаметр заготовки (обечайки) обозначен символом «d». Толщина стенки обечайки (с учетом значений припусков (t - припуск по наружной поверхности, a t - припуск по внутренней поверхности) обозначена символом «S». Высота заготовки обозначена символом «Н». На наружной образующей поверхности заготовки выполнена кольцевая канавка 3, глубиной «h».
H
Глубина «h» канавки 3 не превышает (меньше или равна) значения припуска на механическую чистовую обработку наружной поверхности заготовки, то есть, t≥h.
Кольцевая канавка 3 расположена на наружной поверхности образующей заготовки на расстоянии от ее торца, составляющем (D-d)/2, где: D - диаметр отбортовываемого на заготовке фланца детали с припуском на механическую чистовую обработку; d - внутренний диаметр заготовки (обечайки).
Выполнение канавки на расстоянии от торца обечайки, составляющем (D-d)/2, позволяет получить фланец с точными размерами по диаметру D и минимальными припусками на механическую чистовую обработку, так как криволинейная поверхность (радиус) перехода от фланца к цилиндрической части детали при отбортовке фланца располагается строго по канавке и имеет минимальную кривизну.
В качестве примера изготовления из обечайки изделия рассмотрим изготовление корпуса заднего ГТД, имеющего следующие чистовые размеры: диаметр фланца - 367 мм; внутренний диаметр корпуса - 340 мм; толщина стенки - 2,5-3,6 мм; высота корпуса с фланцем - 151,5 мм. Материал - лист сплава ОТ4 - 1, толщиной 6,5 мм.
Для получения заготовок два листа, толщиной 6,5 мм, длиной 1200 мм и шириной 170 мм из сплава ОТ4 - 1 согнули «на холодную» на обечайки, сварили по торцам аргонно-дуговой сваркой и откалибровали в валках. В результате были получены две заготовки - обечайки цилиндрической формы со следующими размерами: d - 337 мм; Н - 170 мм; S - 6,5 мм. То есть, при чистовом размере диаметра цилиндрической части корпуса ГТД 345 мм и толщине стенки обечайки 6,5 мм односторонний припуск на механическую чистовую обработку составит 2,5 мм. Ширина фланца корпуса составляет 13,5 мм.
С учетом припуска на механическую чистовую обработку по диаметру фланца и возможной несимметричности его контура после отбортовки, расстояние от торца обечайки до места выполнения на ее наружной поверхности кольцевой канавки 3 составило 20 мм.
На расстоянии 20 мм от торца обечайки, на ее наружном диаметре токарной обработкой проточили радиусную кольцевую канавку глубиной 2 мм, после чего обечайки были переданы на прессовый участок, где на гидравлическом прессе 100 тс обе обечайки коническим пуансоном (конусность 60°) сначала произвели раздачу фланцевых частей на конус, а затем на плоских плитах осуществили окончательную отбортовку фланцев.
Отбортовку производили на плоской нижней плите пресса/молота с использованием конического пуансона и плоских плит пресса.
На применяемой в мелкосерийном производстве технологии аналогичные корпуса получают из поковок размерами: диаметр наружный - 380 мм; диаметр внутренний - 330 мм; высота - 160 мм. При этом КИМ составляет 9%.
При использовании предлагаемой обечайки КИМ составил 33%, то есть, повысился в три раза.
В мелкосерийном производстве обечайки под отбортовку получают раскаткой кольцевой заготовки свободной ковкой на молоте, либо прессе, или раскаткой на раскатных машинах. В обоих случаях припуски на механическую обработку чистовой детали значительны. Сварная обечайка из точного листового проката имеет минимальные припуски на механическую обработку. Поэтому в указанном примере КИМ повышается в три раза.
Выполнение кольцевой канавки на наружной поверхности обечайки на расстоянии (D-d)/2 от ее торца позволяет при отбортовке фланца обеспечить переход от наружной цилиндрической поверхности детали к поверхности отбортованного фланца практически по середине канавки с минимальным радиусом закругления в месте изгиба и без применения матрицы. Это позволяет снизить усилия при отбортовке фланца и получить точный размер отбортованного фланца с минимальными припусками под его окончательную механическую чистовую обработку с использованием для раздачи заготовки только конического пуансона.
Выполнение кольцевой канавки глубиной не более припуска наружной поверхности заготовки под обработку позволяет исключить попадание канавки «в тело» детали, что снизило бы ее прочность.