Способ изготовления составных изделий сложной конфигурации

 

Использование: обработка металлов давлением; технология изготовления полых изделий сложной конфигурации с переменной жесткостью. Сущность изобретенияжонтейнер с деталями заполняют неоднородной рабочей средой, состоящей из порошка и металлических шариков. Компоненты разделяют между собой мембраной. Участки изделия с большей жесткостью помещают в металлические шарики. К крышка контейнера прикладывают усилие. 1 ил., 1 табл.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

rsI)s В 23 P 15/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 4

Ф (;Ь

М

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4902150/27 (22) 14.01.91 (46) 15.02.93. Бюл. М 6 (71) Московский авиационный институт им, Серго Орджоникидзе (72) В.Ю. Кожаткин, Ф.Г. Зекрин, Е,В. Смирнова и А.Г. Гоголев (56) Патент Великобритании М 1301987, кл. В 23 P 15/04, 04.01.73. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОСТАВНЫХ ИЗДЕЛИЙ СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам изготовления полых изделий сложной конфигурации, например, лопаток газотурбинных двигателей (ГТД);

Известен способ изготовления полых лопастей, включающий размещение составных частей лопасти в контейнере, рабочие поверхности которого имеют форму внешних поверхностей соединяемых частей лопасти, вакуумирование, нагрев и приложение давления на соединяемые части лопасти. Недостатком такого способа является то, что для каждого типоразмера изготавливаемых изделий сложной конфигурации требуется специальный контейнер, изготовление которого требует больших затрат. Кроме того, в случае, если изготавливаемое изделие имеет неодинаковую жесткость в своем сечении. то при реализации этого способа в результате нагрева и приложения давления возможно протекание пластической деформации на участках с,5lJ„, 1794620 А1 (57) Использование: обработка металлов давлением; технология изготовления полых изделий сложной конфигурации с переменной жесткостью. Сущность изобретения;контейнер с деталями заполняют неоднородной рабочей средой, состоящей из порошка и металлических шариков. Компоненты разделяют между собой мембраной. Участки изделия с большей жесткостью помещают в металлические шарики. К крышке контейнера прикладывают усилие. 1 ил., 1 табл. меньшей жесткостью, то есть получение бракованных иэделий.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей, упрощение способа и повышение выхода годных иэделий при изготовлении изделий с неодинаковой жесткостью.

Указанная цель достигается тем, что контейнер с деталями заполняют неоднородной рабочей средой, состоящей из порошка иэ частиц, не соединяющихся между собой и с деталями, и металлических шариков, при этом компоненты среды разделяют между собой, а участки деталей с большей жесткостью помещают в металлические шарики.

На чертеже показана схема передачи давления в процессе изготовления заготовки составной лопатки ГТД по предлагаемому способу.

Соединяемые детали 1 помещены в контейнер 2. который разделен мембраной 3 на две части. В одной из них 4 находится порошок иэ частиц, не соединяющихся между

1794620 собой и с деталями, в другой 5 — металлические шарики, Обозначим через Ро усилие, действующее на крышку контейнера 6 площадью Fo, P1, P1, Р2, Р2 — усилия, приложенные к площадям F1, F1, F2, F2, соответственно, где F1 и F2 — площади проекции наружной поверхности детали на участках различной жесткости на горизонтальную плоскость, à Fj и F2 — площади проекции на:горизонтальную плоскость контактных поверхностей на соответствующих участках, Fo1 и Fo2 — площади участков крышки контейнера, разделенных мембраной.

Рассмотрим действие сил и напряжений.

Для сыпучей среды (порошка) имеем:

Po/Ро-Р2/F2 " . (1).

ПОСкОльку, Р2 -Р2, тО

02 =Р2 /F2 Ро F2/Fo F2 (2) где а2 — давление на участке соединяемой поверхности.

Учитывая, что металлические шарики, частично спекаясь, образуют псевдомонолитный штамп, получаем

P1=Po Fot/Fo (3).

P1 =P1, следовательно:

О1=Р1 /F1 =Ðî Fo1/Fo Р1 (4)„ где a1 давление на участке соединяемой no" åðxíîñòè, Соо: ношение давлений на участках соединяем1й поверхности, обладающих различной жесткостью, будет выглядеть следующим образом: сг1 /И Fo1 F2/F2 F1 (5)

Следует отметить; что для каждого конкретного изделия величины F2, F2 и F1 имеют фиксированные значения. Поэтому, в зависимости от их соотношения, варьируя величину Fo1, можно всегда получить для уравнения (5) значение, отличное от единицы. Причем неравенство a1 /a2 < 1 в реальных условйях практически никогда не выполняется. Всегда соблюдается условие

a1 /Ù > 1, при котором участки соединяемой детали с меньшей жесткостью помещают в порошок, а с большей жесткостью— металлические шарики.

В качестве примеров рассмотрим изготовление заготовки составной лопатки турбины ГТД. Составные части заготовки лопатки, получаемые литьем по выплавляемым моделям, недостаточно плотно сопрягаются между собой в замковой части. При этом жесткость замка лопатки больше жесткости ее пера. В таблице представлены геометрические параметры заготовки лопатки и используемого для соединения контейнера(в мм ).

Пример. Получали заготовку лопатки, используя в качестве передающей давление комбинированную рабочую среду, состоящую иэ порошка корунда с размером частиц

0,5 мм и шариков иэ стали ШХ 15 диаметром

2 мм, Замки заготовки лопатки помещали в стальные шарики, перо — в порошок корун10 да. Шарики и порошок корунда отделяли друг от друга тонкими мембранами из мягкой стали, По схеме, представленной на чертеже, рассчитаем давление на соединяемых по15 верхностях каждой из частей заготовки ло. патки в зависимости от прикладываемого к крышке контейнера усилия. Соединяемые заготовки лопатки 1 помещены в контейнер

2, разделенный мембранами 3 на три части, 20 В одной из них 4 находится порошок корунда, в двух других 5 и 7 — стальные шарики.

Обозначим, через Fo3- площадь части крышки контейнера; Ез - площадь проекции соединяемой поверхности замка заготовки

25 лопатки; Рз — усилие, приложенное к площади проекции наружной поверхности замка

Fa.

Замки заготовки лопатки помещены в шарики. поэтому (см, уравнение (4)) имеем

30 a1 =Ро Ро1/Fo F1 (6), о =P F.3/F Рз Р). где оз — давление на участке соединяемой поверхности, Для пера, расположенного в порошке, 35 можно записать (см: уравнение (2)

02 Ро F2 /Fo Ео2 (8).

Подставляя в уравнения (6) — (8) значения из таблицы, получаем:

a1 = 0,000668 мм Ро (9), 40 о - 0,000174 мм 2 Ро (10}. оз = 0,000760 мм Pî . (11).

Таким образом, в замковых частях заготовки лопатки давление на соединяемые поверхности примерно в 4 раза превышает

45 давление на соединяемые поверхности пера.

Соединение частей заготовки лопатки можно получать различными способами, например, пайкой, диффузионной сваркой, склеиванием.

Предлагаемый. способ позволяет упростить процесс изготовления составных полых иэделий сложной конфигурации с переменной жесткостью. расширить технологические воэможности при соединении

55 отдельных частей таких изделий и повысить выход годных изделий за счет сокращения брака, обусловленного некачественными соединениями и возникновением недопустимых деформаций.

1794620

Формула изобретения

Составитель В. Кожэткин

Техред М.Моргентал Корректор Л.Филь

Редактор Т.Иванова

Заказ 390 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж 35, Раушскэя нэб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Способ изготовления составных изделий сложной конфигурации, включающий размещение составляющих изделие дета- . лей в сборе s контейнере. нагрев в вакууме вместе с контейнером, приложение к деталям давления и охлаждение, о т л и ч i юшийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, упрощения способа и повышения выхода годного при изготовлении изделий с переменной жесткостью. контейнер заполняют неоднородной рабочей средой, состоящей из порошка, частицы которого не соединяются между собой и с деталями, и металлических шариков, при этом компоненты среды разделяют между собой, а участки деталей с большей жесткостью помещают в металлические шарики.