УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ПРИ ИХ НАГРЕВЕ

Полезная модель относится к устройствам для деформирования листовых заготовок из титановых сплавов с применением электроконтактного нагрева.
Обычно при деформировании листовых заготовок из титановых сплавов для получения деталей с конической или цилиндрической поверхностью используют устройство, состоящее из пуансона и матрицы. Заготовку, нагретую до пластичного состояния, устанавливают в матрице устройства. Затем с усилием опускают пуансон, который формирует заданный профиль детали.
Недостатком данного устройства является необходимость перегрева материала заготовки для получения ее в максимально пластичном состоянии во время ее деформирования. Такой перегрев титановых сплавов на воздухе вызывает интенсивное образование альфированного слоя. Наличие альфированного слоя способствует резкому снижению механических свойств материала заготовки и, следовательно, получаемой детали (Скрябин С.А., Комаров С.В., Полохов В.Н., Румынский Ю.В., Лавренко И.Г. //Авиационная промышленность. - 1987. - №3. - С.52-64).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для деформирования листовых заготовок из титановых сплавов с применением электроконтактного нагрева (Золотов М.А., Кузнецов В.Н., Игошин В.В. Применение электроконтактного нагрева при деформировании листовых заготовок //Авиационная промышленность. 1984. №5. С.53-54). Данное устройство состоит из пуансона и матрицы, имеющие форму выдавливаемой детали. В корпусе матрицы установлены контакты для нагрева материала заготовки. Деформируемая заготовка устанавливается в матрицу и вводится в соприкосновение с контактами для нагрева. Затем пуансон опускается до соприкосновения с деформируемой заготовкой. Через контакты пропускается электрический ток, проходящий от контактов через материал заготовки и направленный в пуансон. По мере прохождения электрического тока из-за наличия сопротивления материал заготовки нагревается и приобретает пластичность. Под действием массы пуансона материал заготовки в месте ее контакта с пуансоном частично продавливается. При этом пуансон продвигается вниз и замыкает контакты, подающие сигнал на включение усилия осадки. После осадки пуансон перемещается вверх, и деформированная заготовка извлекается из матрицы устройства.
Существенным недостатком упомянутого устройства является то, что для разогрева материала заготовки до пластичного состояния требуется определенное время. За это время материал заготовки успевает прореагировать с компонентами воздуха и на поверхности детали образуется альфированный слой, существенно снижающий механические свойства деталей из титановых сплавов.
Целью настоящей полезной модели является устранение образования альфированного слоя и сохранение механических свойств деталей из титановых сплавов за счет предотвращения образования альфированного слоя в процессе деформирования листовых заготовок.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами: на фиг.1 показано устройство для деформирования листовых заготовок из титановых сплавов с использованием машины для контактной точечной сварки, на фиг.2 - конусные втулки, полученные с использованием заявляемого приспособления, после механической обработки и приварки иголок.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в следующем. Устройство для деформирования листовых заготовок из титановых сплавов с использованием машины для контактной точечной сварки состоит из матрицы 1, на которую по внешней резьбе крепится накидная гайка 2, и пуансона 3. В матрице 1 выполнены каналы 4 для подачи инертного газа (аргона) в пространство между матрицей 1 и заготовкой 5. Матрица 1 установлена на нижнем электроде 6 контактной машины. Пуансон 3 закреплен на верхнем электроде 7 контактной машины.
Устройство работает следующим образом. Заготовка 5 с помощью гайки 2 фиксируется на поверхности матрицы 1. Пуансон 3 вводится в соприкосновение с заготовкой 5 при опускании верхнего электрода 7 контактной машины. Через каналы 4 в полость между матрицей 1 и заготовкой 5 подается защитный инертный газ - аргон.
После соприкосновения пуансона 3 с заготовкой 5 между электродами 6 и 7 пропускается импульс тока. В результате прохождения импульса тока происходит разогрев материала заготовки 5, находящейся в контакте с пуансоном 3 и матрицей 1, до пластичного состояния. При этом под действием усилия и массы пуансона 3 он будет осуществлять деформирование заготовки 5. По мере опускания пуансона 3 происходит замыкание электрических контактов (на чертеже не показаны), подающих команду на включение ковочного усилия. При этом происходит деформирование заготовки и полностью выбирается рабочий ход пуансона 3 т.е. пуансон 3 плоской поверхностью садится на ответную поверхность матрицы 1.
Для изъятия детали 5 из приспособления пуансон 3 поднимается в крайнее верхнее положение, а накидная гайка 2 сворачивается с матрицы 1.
Заявляемое устройство было опробовано при формообразовании втулок из титанового сплава ВТЗ-1. В качестве заготовки использовались диски толщиной 3 мм и диаметром 48 мм. Пуансон 3 и матрица 1 устройства были изготовлены из бронзы марки БрНБТ и установлена на электроды машины для контактной сварки МТ-2103.
При формовании конусной части втулки (фиг.2) использовался следующий режим:
- ток импульса
6,0-7,8 Ка
- длительность импульса
0,63-0,92 с
- усилие сжатия электродов
7,8-8,8 Кн
Использование заявляемого устройства позволяет получать качественные детали в виде конических втулок без образования на их поверхности альфированного слоя. Для анализа влияния альфированного слоя на прочностные характеристики сплава ВТЗ-1 были изготовлены образцы с толщиной слоя, соответствующей толщине альфированного слоя при изотермической штамповке заготовок (прототип) и при их деформировании в заявляемом устройстве. Глубину альфированного слоя измеряли с помощью оптического микроскопа и методом рентгеноструктурного анализа. Величина видимого альфированного слоя при штамповке в приспособлении с электроконтактным нагревом, принятым за прототип, составляла 0,09-0,11 мм. При формообразовании втулок в заявляемом устройстве глубина альфированного слоя составляла 0,02-0,03 мм. По данным рентгеноструктурного анализа остаточные напряжения в деталях практически отсутствовали.
Статические испытания проводили на испытательной машине «Файнмеханик». Результаты испытаний приведены в таблице. Полученные результаты подтверждают, что при использовании заявляемого устройства практически устраняется образование альфированного слоя при
деформировании плоских заготовок из титановых сплавов и обеспечивается сохранение высоких значений механических характеристик материала деталей.
Таблица
Состояние материала
Толщина альфированного слоя, мм
σ<sub>02</sub>
σ<sub>в</sub>
δ
φ
Мпа
%
Изотермическая штамповка с контактным электронагревом
0,09-0,11
990
1160
3,1
7,4
Деформирование в заявляемом приспособлении на машине МТ-2103
0,02-0,03
1130
1240
9,9
18,9