Способ изготовления многослойных ячеистых панелей

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и сварки и может быть использовано при изготовлении сложнопрофильных ячеистых конструкций, типа панелей. Сущность изобретения: способ изготовления многослойных ячеистых панелей включает соединение листов наполнителя по определенному рисунку сваркой, сборку с листами обшивок в пакет, герметизацию его по контуру с установкой газопроводящих трубопроводов, нагрев до температуры сверхпластичности материала листовых заготовок и формовку подачей рабочей среды под давлением по заранее установленному графику вначале между листами обшивок и наполнителя, затем между листами наполнителя до образования ребер жесткости и диффузионную сварку контактирующих поверхностей. По завершении формовки обшивок трубопровод, отводящий рабочую среду из полости между обшивками и наполнителем, перекрывают и подают рабочую среду между листами наполнителя, до образования ребер жесткости. При этом режим подачи давления рабочей среды корректируют с учетом изменения давления в полости между обшивками и наполнителем. 1 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и сварки и может быть использовано при изготовлении сложнопрофильных ячеистых конструкций типа панелей.

Известен способ изготовления панелей [1] при котором листовые заготовки наполнителя собирают в пакет и соединяют между собой в определенных местах сваркой, после чего пакет герметизируют по контуру с установкой газопроводящих трубопроводов, затем помещают пакет в штамповую оснастку между обшивками, нагревают до температуры сверхпластичности материала наполнителя и формуют подачей давления рабочей среды по заранее установленному графику между листами наполнителя до полного контакта образующихся ячеек между собой и обшивками.

За прототип предлагаемого решения выбран способ изготовления панелей [2] при котором листы наполнителя соединяют между собой по заданному рисунку сваркой, собирают вместе с обшивками и герметизируют по контуру с установкой газопроводящих трубопроводов, помещают в штамповую оснастку, нагревают до температуры сверхпластичности и осуществляют формовку обшивок подачей давления между ними и листами наполнителя, после завершения формовки обшивок рабочую среду удаляют и подают ее между листами наполнителя по заранее установленному режиму до формирования ячеек и сварки контактирующих поверхностей.

Технической задачей предлагаемого решения является снижение разнотолщинности обшивок и повышение прочности панелей.

Для решения поставленной задачи в способе изготовления многослойных ячеистых панелей, включающем соединение листов наполнителя по определенному рисунку сваркой, сборку с листами обшивок в пакет, герметизацию его по контуру с установкой газоподводящих трубопроводов, нагрев до температуры сверхпластичности материала листовых заготовок и формовку подачей рабочей среды под давлением по заранее установленному графику, вначале между листами обшивок и наполнителя, затем между листами наполнителя до образования ребер жесткости и диффузионный сварки контактирующих поверхностей, а в отличие от прототипа, по завершении формовки обшивок трубопровод, отводящий рабочую среду из полости между обшивками и наполнителем, перекрывают и подают рабочую среду между листами наполнителя, до образования ребер жесткости, при этом режим подачи давления рабочей среды корректируют с учетом изменения давления в полости между обшивками и наполнителем.

Предлагаемое решение позволяет снизить трение между обшивками и формирующимся наполнителем за счет использования в качестве смазки рабочей среды, используемой для формовки.

В процессе формообразования ячеек участки наполнителя, приходящие в соприкосновение с обшивками, из-за трения, возникающего между ними, затормаживают и прекращают участвовать в процессе деформации.

Это приводит к тому, что при заполнении угловых зон ячеек количество деформируемого материала непрерывно уменьшается и наполнитель при этом значительно утоняется. Вследствие чего толщина наполнителя, а следовательно и обшивок готового изделия, образующегося в результате диффузионной сварки собственно листов обшивок и прилегающих к ним участков наполнителя, в различных точках сечения ячейки неодинакова и изменяется от максимальных значений в центре до минимальных в угловых зонах ячейки. Данное распределение толщины является характерным недостатком, присущим панелям, полученным по способу описанному в [2] и приводит к снижению прочностных свойств панелей. Это происходит потому, что в местах минимальной толщины обшивок располагаются образованные наполнителем ребра жесткости и при нагружении внешним давлением в этих областях возникают максимальные напряжения.

Совмещение в одном технологическом процессе сверхпластической формовки и диффузионной сварки не допускает использование каких-либо смазок.

Экспериментальные данные показывают, что наличие инертного газа затрудняет развитие физического контакта, препятствуя в общем случае получению качественного диффузионного соединения. Технологические приемы, препятствующие вытеснению инертного газа из зоны контакта на стадии формовки наполнителя, позволяют замедлить развитие физического контакта, способствуя сохранению между контактирующими поверхностями прослойки из инертного газа, и таким образом снижению трения между ними. Этого можно достичь, перекрыв по окончании формовки обшивок трубопровод, отводящий инертный газ из полости между обшивками и наполнителем. В связи с тем, что давление газа между обшивками и наполнителем в процессе формовки будет непрерывно возрастать, для поддержания оптимальной скорости деформации наполнителя режим подачи давления газа в наполнитель корректируют, повышая давление рабочей среды в наполнителе настолько, насколько увеличивается давление в полости над наполнителем. В этом случае наличие инертного газа над давлением между обшивками и формирующимся наполнителем снижает трение между ними, но не препятствует формообразованию наполнителя.

На чертеже показана схема осуществления способа.

Листы наполнителя 1, 2 соединены сварными швами 3 и образованы с листами обшивок 4, 5 в пакет. Между листами пакета установлены газопроводящие трубопроводы 6, 7. Пакет зафиксирован между полуматрицами 8, 9. Позицией 10 обозначена измерительная система; 11 программирующее устройство; 12 блок управления рабочим давлением; 13 источник давления; 14 вакуумный насос; 15 клапан.

Способ осуществляется следующим образом. Листовые заготовки наполнителя 1, 2 соединяют по заданному рисунку сварными швами 3 и собирают с листами обшивок 4, 5 в пакет. Пакет герметизируют по контуру, с установкой газопроводящих трубопроводов 6, и помещают в штамповую оснастку между полуматрицами 8, 9. Трубопроводы 6, 7 соединяют с системой автоматического регулирования давления рабочей среды. Оснастку нагревают до температуры проявления сверхпластичных свойств материала листовых заготовок. По завершении нагрева инертный газ под давлением подают между листами обшивок и наполнителем через трубопровод 6. После того как листы обшивок полностью заполнят полости полуматриц 8, 9, величину давления между обшивками и наполнителем снижают, например до атмосферного, трубопровод 6 перекрывают и подают инертный газ между листами наполнителя по заданному графику. Давление в принципе можно и не снижать. Величина остаточного давления между наполнителем и обшивками в пределе ограничена возможностями технологического оборудования, а именно величиной давления, необходимого для формовки наполнителя с учетом указанного остаточного давления. По окончании формовки наполнителя трубопровод 6 открывают, инертный газ удаляют и осуществляют выдержку до получения качественного диффузионного соединения контактирующих поверхностей. Затем давление снижают, оснастку охлаждают и извлекают готовую панель.

Пример. Изготавливают панель из титанового сплава ВТ6 с высотой 20мм.

Листовые заготовки наполнителя 1, 2 соединяют по заданному рисунку сварными швами 3 и собирают с листами обшивок 5, 4 в пакет. Пакет герметизируют сваркой по контуру, одновременно устанавливая газопроводящие трубопроводы 6, 7. Пакет размещают в штамповой оснастке между полуматрицами 8, 9. К трубопроводам 6, 7 подсоединяют автоматическую систему регулирования давления. Оснастку нагревают до 900^oC и подводят инертный газ под давлением 0,5 МПа между листами обшивок и наполнителем через трубопровод 6. Через 30 минут избыточное давление стравливают, клапан 15 перекрывают и подают инертный газ между листами наполнителя через трубопровод 7 со скоростью нарастания давления 0,1 МПа/10 мин до 2 МПа, после чего производят откачку инертного газа из полости между обшивками и наполнителем вакуумным насосом 14. Производят выдержку 90 мин. По завершении выдержки давление снижают, оснастку охлаждают и извлекают готовую панель.

Формула изобретения

Способ изготовления многослойных ячеистых панелей, включающий соединение листов наполнителя по определенному рисунку сваркой, сборку с листами обшивок в пакет, герметизацию его по контуру с установкой газоподводящих трубопроводов, нагрев до температуры сверхпластичности материала листовых заготовок и формовку подачей рабочей среды под давлением по заранее установленному графику вначале между листами обшивок и наполнителя, затем между листами наполнителя до образования ребер жесткости, и диффузионную сварку контактирующих поверхностей, отличающийся тем, что по завершении формовки обшивок трубопровод, отводящий рабочую среду из полости между обшивками и наполнителем, перекрывают и подают рабочую среду между листами наполнителя до образования ребер жесткости, при этом режим подачи давления рабочей среды корректируют с учетом изменения давления в полости между обшивками и наполнителем.

РИСУНКИ

Рисунок 1