Штамп для формообразования изделий из листовых заготовок



Штамп для формообразования изделий из листовых заготовок
Штамп для формообразования изделий из листовых заготовок
Штамп для формообразования изделий из листовых заготовок

 


Владельцы патента RU 2529259:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Техномаш" (RU)

Изобретение относится к оборудованию для обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении из листовых заготовок таких изделий, как, например, сосуды давления топливных систем космических аппаратов. Штамп содержит верхнюю и нижнюю половины, в которых выполнены рабочие поверхности. На верхней половине штампа на оси установлены захваты в виде рычагов с фиксирующими элементами, выполненные с возможностью поворота в вертикальной плоскости. При этом фиксирующие элементы захвата имеют возможность контактирования с формуемым изделием для обеспечения его извлечения из нижней половины штампа после окончания процесса формообразования. Повышается производительность и качество деталей. 3 ил.

 

Изобретение относится к оборудованию для обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении из листовых заготовок таких изделий, как, например, сосуды давления топливных систем космических аппаратов, баллоны для транспортировки сжиженных газов, буи радиоантенн, поплавки для уровнемеров и пр.

Известен штамп [1] для двухпереходной реверсивной формовки сферических куполов из титановых сплавов, рассчитанный на рабочие температуры 880-920°C, рабочим давлением газа до 30 атм. Штамп выполнен в виде изотермического блока и представляет собой корпус, состоящий из верхней и нижней половин, на которые снаружи надет водоохлаждаемый кожух. Верхняя и нижняя половины штампа ограничены плитами, в которых имеются каналы для подвода рабочей среды (аргона). Половины штампа оснащены матрицами, при этом рабочая поверхность верхней матрицы выполнена в форме полусферы, а нижней - в форме рифта. Матрицы крепят прижимными и опорными кольцами, через которые на фланец матрицы передается усилие прижима от гидравлического пресса, обеспечивающее фиксацию заготовки на нижней матрице. В центре каждой матрицы имеются каналы для подачи газа. В верхней и нижней половинах штампа выполнены спиральные канавки, в которые уложены нагреватели. Пространство между плитами и нагревателями заполнено шамотной крошкой и минеральной ватой; ток к нагревателям подводится через клеммы от источника питания.

Существенными недостатками данного штампа являются низкая производительность, связанная с большими затратами времени на охлаждение штампа вместе с отформованной деталью и низкое качество самой детали за счет наличия на ее поверхности альфированного слоя (титановая заготовка) или окисного слоя (стальная заготовка), состоящего из продуктов окисления основного металла, вследствие содержания в рабочем объеме штампа кислорода, азота и водорода воздуха. Для удаления окисного слоя проводят дополнительную механическую обработку, уменьшая тем самым коэффициент использования металла.

В качестве наиболее близкого аналога выбран штамп для штамповки полусфер шаробаллонов [2]. Штамп состоит из двух (верхней и нижней) половин, разъемных в горизонтальной плоскости. Верхняя половина штампа содержит верхнюю матрицу, рабочая поверхность которой выполнена в форме рифа, нижняя половина штампа содержит сборную нижнюю матрицу, рабочая поверхность которой выполнена в форме полусферы. Нижняя матрица состоит из четырех лепестков и предназначена для силовой выпрессовки охлажденной отформованной детали. В матрицах выполнены каналы для вакуумирования матричной полости, а также подачи и стравливания сжатого рабочего газа. При сборке штампа, между его половинами устанавливают листовую заготовку, а половины штампа стягивают болтами.

Существенными недостатками рассмотренного выше штампа являются его низкая производительность, невысокое качество отформованной детали, вследствие коробления ее формы при остывании и силовой выпрессовке.

Проведенный анализ устройств [1] и [2] показал, что общим недостатком конструкций штампов является охлаждение отформованной детали вместе со штампом, что приводит к короблению отформованной детали из-за разности коэффициента линейного расширения материала штампа и отформованной детали, а силовая выпрессовка из штампа охлажденной детали приводит к поводке поверхности детали.

Техническим результатом изобретения является повышения производительности и качества формообразования деталей за счет извлечения детали после ее изготовления из формообразующей полости штампа с последующим ее охлаждением отдельно от штампа.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в штампе для формообразования изделий из листовых заготовок, состоящем из двух разъемных по горизонтальной плоскости верхней и нижней половин, в которых выполнены рабочие поверхности, новым является то, что штамп оснащен захватами, выполненными в виде рычагов с фиксирующими элементами, причем захваты установлены на оси на верхней половине штампа с возможностью поворота в вертикальной плоскости, а их фиксирующие элементы имеют возможность контактирования с формуемым изделием для обеспечения его извлечения из нижней половины штампа после окончания процесса формообразования.

Повышение производительности штампа реализовано за счет уменьшения времени охлаждения отформованной детали и исключения технологических операций сборки-разборки штампа, подсоединения и отсоединения пневматической и вакуумной магистрали трубопроводов при переходе штамповки от одной детали к другой.

Повышение качества деталей реализовано за счет исключения ее коробления, проявляющегося при совместном охлаждении отформованной детали и штампа и за счет исключения дополнительной операции, связанной с силовой выпрессовкой охлажденной детали из матрицы нижней половины штампа.

Сущность заявленного изобретения поясняется представленными графическими материалами, на которых:

- на фиг.1 - штамп в собранном положении, осевой разрез;

- на фиг.2 - монтаж штампа в вакуумной камере;

- на фиг.3 - штамп в положении извлечения отформованной детали.

Штамп состоит из нижней 1 и верхней 2 половин, на верхней половине штампа установлено запорное кольцо 3 для крепления штока силового гидроцилиндра, на нижней половине штампа расположено регулировочное кольцо 4, предназначенное для центрирования заготовки с нижней половиной штампа.

Регулировочное кольцо 4 соединено с нижней половиной штампа колонками 5 при помощи распорных клиньев 6.

На верхней половине штампа выполнены пазы (предпочтительно, три паза под углом друг к другу 120°), в которых на осях 7 с возможностью поворота в вертикальной плоскости установлены захваты 8. Оси 7 фиксируются запорным кольцом 3.

Каждый захват 8 выполнен в виде рычага, на котором имеется элемент (например, паз) для захвата заготовки. Каждый захват оснащен элементом (например, кольцом) 9, за которое осуществляется поворот захвата относительно оси 7.

На рабочей поверхности верхней половины штампа 2, выполненного в виде рифа, имеются каналы 10 предназначенные для вакуумирования и подачи рабочего газа. В нижней половине штампа, рабочая поверхность которого выполнена сферической формы, имеются каналы 11, выполняющие аналогичную с каналами 10 функцию.

Для осуществления процесса формообразования детали штамп монтируют в вакуумной камере.

При монтаже штампа (см. фиг.2) его нижняя половина 1 закрепляется на столе 12, размещенном в нижней половине 13 вакуумной камеры, а верхняя половина 1 штампа - на штоке 14 силового гидроцилиндра верхней половины 15 вакуумной камеры. Внутри вакуумной камеры установлено устройство нагрева 16.

Штамп работает следующим образом.

Подлежащую обработке листовую заготовку 17 устанавливают между нижней 1 и верхней 2 половин штампа, центрируя ее по кольцу 4. Нижняя половина штампа при этом установлена на столе 12, а верхняя - на штоке 14 посредством запорного кольца 3.

Для удобства монтажа в исходном положении верхняя половина 15 вакуумной камеры отводится от нижней 13. После установки и фиксации заготовки 17 в штампе, вакуумной камере половины 13 и 15 вакуумных камер герметично стыкуются, внутренний объем камеры вакуумируется до 1×10-4 мм рт.ст.

Включают перемещение штока 14 с закрепленной верхней половиной 2 штампа вниз и прижимают верхней половиной 2 штампа заготовку 17 к нижней половине штампа 1 усилием примерно 200 тс. Захваты 8 цепляют за фланец заготовки.

Включают устройство нагрева 16 и производят нагрев штампа до температуры формообразования заготовки.

Через магистральный трубопровод (не показан) и каналы 11 подают в полость, образованную внутренней поверхностью нижней половины матрицы и заготовкой 17, инертный газ и создают давление, в результате чего, листовая заготовка прижимается к рифу верхней половины 2 штампа. После того, как заготовка примет форму внутренней поверхности верхней половины 2 штампа, давление в нижней половине 1 сбрасывают и через канал 10 нагнетают сжатый нейтральный газ в верхнюю половину штампа, при этом заготовка принимает полусферическую форму нижней половины штампа 1.

После окончания формообразования детали устройство нагрева 16 отключают, при определенной температуре фланца изделия 17 шток 14 силового гидроцилиндра поднимают вверх, съемные захваты 8 за фланец отформованной детали 17 производят при ходе верхней половины штампа вверх извлечение отформованной детали из нижней половины штампа (фиг.3).

После понижения температуры штампа до температуры, обеспечивающей безопасное раскрытие вакуумной камеры, разгерметизируют камеру, верхнюю половину 15 вакуумной камеры отводят от нижней 13.

Опускают шток 14 и снимают отформованную деталь с захватов 8, за счет их поворота приложением усилия за кольца 9.

Процесс штамповки закончен.

Сущность заявленного изобретения будет более понятна из приведенного ниже примера.

Проводили формообразование оболочки сферической формы из листовой заготовки титанового сплава ВТ6с, размерами: диаметр 600 мм, толщина 11 мм.

При опускании штоком 14 верхней половины 2 штампа захваты 8 фиксировали край заготовки 17, своими элементами фиксации.

Верхнюю половину штампа прижимали к нижней давлением 200 тс. В результате чего верхняя половина штампа 2 сжимает заготовку 17 и прижимает ее к нижней половине штампа 1, фланец заготовки частично деформируется, что герметизирует внутренний объем штампа. Нагрев штампа осуществляли до до температуры порядка 880÷900°C. Нагнетали инертный газ (аргон), который деформировал заготовку за счет создаваемого во внутреннем объеме штампа давления до 35 атм. Время нагнетания давления составляло 45÷75 мин.

Для исключения образования газонасыщенного слоя нагрев заготовки и ее формообразование осуществляли в камере при вакууме 10-4 мм рт.ст. Формовку проводили при температуре штампа, равной температуре заготовки. Это позволяет исключить теплообмен между инструментом и заготовкой, что значительно повышает равномерность температурного поля последней. Штамповку проводили при низких скоростях деформирования (менее 1 мм/с) [3].

По окончании процесса формообразования снимали вакуум с камеры, отводили ее верхнюю часть, включением штока 14 поднимали верхнюю часть штампа вместе с отформованным изделием, зафиксированным захватами 8, извлекая его из нижней половины штампа. После охлаждения изделия за кольца 9 разводили захваты 8 и снимали изделие с верхней половины штампа.

Источники информации

1. Корпусные узлы летательных аппаратов и их формообразование. ISSN 0201-7296. КШП. 1999. №12. С. 14-16.

2. Яковлев С.П., Соболев Я.А., Чупраков Д.А. Формоизменение анизотропного материала при газоформовке каналов цилиндрического профиля в режиме кратковременной ползучести//Международный научный симпозиум. Тезисы докладов. М.: МГТУ «МАМИ» 29-30 сентября 1999 г.

3. Машиностроение. Энциклопедия / Ред. совет: К.В.Фролов (пред.) и др. - М.: Машиностроение / Технологии заготовительных производств. Т. III-2 / И.Л.Акаро, Р.А.Андриевский, А.Ф.Аржанов и др. Под общ. ред. В.Ф. Мануйлова. 1996. -736 с.

Штамп для формообразования изделий из листовых заготовок, состоящий из двух разъемных по горизонтальной плоскости верхней и нижней половин, в которых выполнены рабочие поверхности, отличающийся тем, что он оснащен захватами, выполненными в виде рычагов с фиксирующими элементами, причем захваты установлены на оси на верхней половине штампа с возможностью поворота в вертикальной плоскости, а фиксирующие элементы рычагов выполнены с возможностью контактирования с формуемым изделием и обеспечения его извлечения из нижней половины штампа после окончания процесса формообразования.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к формованию заготовки желаемой конфигурации. Заготовку со средой для гидростатического прессования загружают в полость матрицы.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, более конкретно, к способам изготовления полой лопатки вентилятора газотурбинного двигателя (ГТД), состоящей из выполненных из титанового сплава обшивок и заполнителя.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к листовой штамповке, и может быть использовано при получении днищ различной формы. .

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности, для получения деталей типа днищ листовой штамповкой. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке материалов резанием при помощи струи воды. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для термовакуумной обработки изделий в управляемом температурном поле с целью высокоточного исполнения технических параметров склеиваемых или формуемых многослойных изделий из композиционных материалов и легких сплавов, отверждающихся при температурах выше температуры окружающей среды.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к пневмотермической формовке деталей из листовых заготовок. .

Изобретение относится к изготовлению конструктивных узлов заданной конфигурации из пакета титановых сплавов сверхпластическим формованием. .

Изобретение относится к способу, используемому для производства деталей системы выпуска отработанных газов, деталей системы подвески, деталей корпусной системы и т.д.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении гидроштамповкой сложных полых изделий с пересекающимися осями, например тройников.

Изобретение может быть использовано при изготовлении многослойных панелей методом, предусматривающим совмещение процесса сверхпластичной формовки и диффузионной сварки, например, в аэрокосмической промышленности. Изготавливают листовые заготовки заполнителя. На заданные участки одного из листов наносят диффузионным напылением в виде сетки вещество, состоящее из оксида молибдена и нитрида бора, электрическое сопротивление которого превышает электрическое сопротивление материала заготовок. Осуществляют сборку листовых заготовок заполнителя в пакет, герметизацию его по периметру и выполнение роликовой сваркой ряда непрерывных швов с образованием непроваров на участках их пересечения с нанесенным веществом. Размещают пакет между листами обшивок, нагревают его и проводят формовку заполнителя и сварку его с обшивкой за счет давления газа, проходящего через непроваренные участки пакета заполнителя. Способ обеспечивает повышение качества панелей и их упрочнение за счет диффузии атомов молибдена на поверхности титанового сплава.1 ил.

Изобретение может быть использовано для изготовления многослойных металлических панелей, например, в аэрокосмическом машиностроении. Предварительно листы заполнителя локально соединяют между собой по пересекающимся зонам. Сваренные листы заполнителя размещают в штампе между листами обшивок и нагревают. Производят формование ячеек заполнителя путем подачи газа под давлением между листами заполнителя с осуществлением диффузионной сварки ячеек между собой и с листами обшивок. Одновременно с этим в полость штампа подают аргон с температурой 400-600°C для осуществления пластической деформации титанового сплава при температуре ниже 700°C, что связано с изменением диффузионной подвижности легирующих элементов замещения и их перераспределением в твердых α- и β-растворах титана. Способ обеспечивает повышение прочностных характеристик металлических панелей и уменьшение нестабильности геометрических размеров. 2 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении высокотемпературной объемной штамповкой заготовок из материалов с ограниченной пластичностью. При осуществлении каждого варианта способа, включающего осадку и формообразование заготовки пуансоном в заполненной гидростатической средой матрице с созданием одновременно гидростатического давления внутри полости матрицы и вытеснением гидростатической среды в зазор между матрицей и пуансоном или через специальные фильеры в матрице, в качестве гидростатической среды используют технологический пластифицированный металл. При этом площадь сечения фильер и зазоров между матрицей и пуансоном выбирают из условия обеспечения уровня гидростатического давления в процессе деформации, превышающего предел текучести труднодеформируемого материала. По второму варианту осуществления способа штамповку осуществляют непосредственно из порошка со степенью объемной деформации по крайней мере 5%. Повышается качество и расширяются технологические возможности. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 пр.

Изобретение может быть использовано для получения металлических панелей из титановых сплавов. Изготавливают заготовки заполнителя из двух листов титанового сплава ВТ6 толщиной 1 мм с продольной формой прокатки. Пакет листовых заготовок обваривают по контуру и проваривают рядом непрерывных ортогональных швов. Собранный пакет размещают между листами обшивок и нагревают в печи до температуры 800°C. Осуществляют формообразование заполнителя путем подачи в него газа под давлением. Скорость деформации ξ заполнителя при формовании выбирают из условия 5·10-4с-1<ξ<1·10-2с-1. Способ обеспечивает повышение прочностных характеристик готовых изделий за счет увеличения сверхпластичности и существенного снижения газонасыщенного поверхностного слоя. 1 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением. С использованием диффузионной сварки и сверхпластической формовки собирают заготовки обшивок и заполнителя в пакет. Предварительно на участки контактирующих поверхностей заготовок обшивок и заполнителя по заданному трафаретному рисунку наносят защитное покрытие. В заготовках обшивок выполняют проточку, а в заготовке заполнителя - прорезь для установки по крайней мере одной трубки. Герметизируют пакет по кромкам, исключая место установки по крайней мере одной трубки. Устанавливают трубку, соединяя ее с коллекторной зоной, и удаляют из полостей пакета кислород и связующее вещество защитного покрытия. Полностью герметизируют пакет, нагревают его и осуществляют диффузионную сварку заготовок по входной, выходной и периферийной кромкам. Придают цельной конструкционной заготовке аэродинамический профиль, производят сверхпластическую формовку посредством подачи в полости между заготовками обшивок и заполнителя рабочей среды с использованием по крайней мере одной трубки. Коллекторную зону располагают со стороны пакета, соответствующей периферийной кромке лопатки. Для установки по крайней мере одной трубки проточку в заготовках обшивок и прорезь в заготовке заполнителя выполняют на расстоянии от внешней границы входной или выходной кромки, меньшем L/3, где L - длина хорды лопатки по периферийной кромке. В результате обеспечивается устранение возможности появления брака при изготовлении лопаток без ухудшения эксплуатационных свойств лопатки и без повышения трудоемкости ее изготовления. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к устройствам для изготовления полых изделий, имеющих переменные радиальные сечения вдоль оси заготовки, или изделий с пересекающимися осями, например тройников. Нагревательные элементы установлены в корпусе стационарной нагревательной камеры, который жестко прикреплен к основанию. Имеется датчик температуры и подвижный кожух, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения по основанию относительно стационарной нагревательной камеры. В кожухе установлен осевой пуансон с центральным сквозным отверстием, через которое проходит шток, взаимодействующий с торцом осевого пуансона. Осевой пуансон имеет отверстие, пневматически связанное с источником подачи газа в полость заготовки. При этом механизм для сжатия торцов заготовки содержит гидроцилиндр с двумя последовательно расположенными поршнями одинакового диаметра, имеющими штоки. Причем шток поршня со стороны заготовки выполнен в виде осевого пуансона со сквозным отверстием, через которое проходит шток другого поршня, который взаимодействует с осевым пуансоном подвижного кожуха. Полости гидроцилиндра гидравлически связаны с источником давления рабочей среды. Разъемная матрица установлена в образованную нагревательной камерой и подвижным кожухом полость. Снижается усилие формовки, уменьшается утонение стенок заготовок при деформировании, что повышает качество полых изделий. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение может быть использовано при изготовлении полых, например, авиационных вентиляторных лопаток. На поверхность участков, не подвергаемых соединению при диффузионной сварке, наносят антиадгезионное покрытие. После диффузионной сварки пакета, собранного из заготовок корыта, спинки и внутреннего каркаса лопатки, осуществляют разрушение адгезионных связей путем приложения отрывающей нагрузки, обеспечивающей отслоение защитного покрытия за счет упругой деформации заготовки на упомянутых участках при воздействии магнитного и/или электрического поля. Разрушение адгезионных связей производят до или после придания упомянутой заготовке аэродинамического профиля. Затем нагревают полученную конструкционную заготовку до температуры сверхпластической формовки и подают в ее полости рабочую среду для создания статического и/или вибростатического давления, необходимого для сверхпластической формовки, до получения полого пера лопатки и формирования ребер жесткости. Способ обеспечивает повышение качества лопаток и надежности процесса их изготовления за счет минимизации влияния загрязнений при разрушении и отслоении антиадгезионного покрытия. 24 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.

Изобретение может быть использовано при изготовлении полых многослойных ячеистых изделий путем диффузионной сварки и сверхпластической формовки, в частности рабочих лопаток вентилятора турбомашины. Пакет состоит из трех заготовок (1, 2, 3), совмещенных друг с другом с образованием между ними рабочей полости (4) и расположенной по ее периметру технологической полости (5), предназначенной для подключения к вакуумной системе. На одну из совмещенных поверхностей каждой пары заготовок, образующих рабочую полость (4), нанесено в соответствии с заданным рисунком антидиффузионное покрытие (7), содержащее связующее вещество, способное к термическому разложению. На противоположной ей поверхности в местах контакта с антидиффузионным покрытием (7) выполнена шероховатость. Между упомянутыми полостями пакета установлен соединительный элемент для обеспечения их сообщения между собой и сообщения рабочей полости с системой подачи газа под давлением при сверхпластической формовке. Изготовленное из упомянутого пакета полое многослойное ячеистое изделие имеет прочное диффузионное соединение и высокую удельную прочность. 4 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении оболочек из листовых материалов сверхпластической формовкой. Устанавливают одну над другой матрицу с глухой полостью и матрицу со сквозной полостью. На каждой матрице закрепляют по заготовке с герметичным защемлением по краям, нагревают, в полость штампа подают избыточное давление газа p1 к одной заготовке и осуществляют ее формоизменение до соприкосновения с другой заготовкой. Затем подают избыточное давление p2 в противоположном направлении и продолжают формоизменение двух заготовок до полного контакта с рабочей поверхностью матрицы и поверхностью другой заготовки, после чего сбрасывают избыточное давление p2 и осуществляют одновременное формоизменение с реверсированием двух заготовок избыточным давлением p1 до момента соприкосновения с рабочими поверхностями матриц и получением одной готовой оболочки и одного полуфабриката. После этого отформованную оболочку, полуфабрикат и матрицу со сквозной полостью удаляют. При этом на матрицу с глухой полостью устанавливают плоскую листовую заготовку, а на матрицу со сквозной полостью полуфабрикат, и производят формообразование с подачей избыточного давления p1. Повышается качество оболочек за счет снижения разнотолщинности. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении различных емкостей, днищ из листовых материалов. Устанавливают две матрицы, расположенные одна над другой. На заготовку большего диаметра наносят смазку с повышенным коэффициентом трения и закрепляют на матрице с глухой полостью с возможностью свободного перемещения фланца в радиальном направлении. Избыточное давление подают к заготовке, закрепленной на матрице со сквозной полостью, и осуществляют формоизменение до момента соприкосновения с рабочими поверхностями матриц и получения одной готовой оболочки и одного полуфабриката. После этого отформованную оболочку, полуфабрикат и матрицу со сквозной полостью удаляют. Далее на матрицу с глухой полостью устанавливают плоскую листовую заготовку, а на матрицу со сквозной полостью устанавливают полуфабрикат с герметичным защемлением по краям и производят формообразование с подачей избыточного давления к полуфабрикату до момента полного соприкосновения с рабочими поверхностями матриц и получением одной готовой оболочки и одного полуфабриката. Уменьшается разнотолщинность. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх