Ковочное приспособление для производства профильного раскатного кольца, в частности диска турбокомпрессора
Изобретение относится к приспособлению для раскатывания детали в форме кольца. Приспособление содержит две оправки, вращающиеся относительно параллельных друг другу осей, каждая из которых содержит кольцевую канавку, в которую помещается кольцо. Канавки содержат нижнюю поверхность и боковые поверхности. Нижняя поверхность каждой оправки соединена с боковыми поверхностями криволинейными соединительными участками, радиусы кривизны которых составляют от 10 до 20 мм. В результате предотвращается образование трещин в детали. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Одним из объектов настоящего изобретения является ковочное приспособление для производства профильного раскатного кольца, в частности, диска турбокомпрессора, с помощью такого приспособления.
Задача изобретения заключается в усовершенствовании этапа формирования заготовки при производстве определенных дисков турбокомпрессора, в котором применяется ковка, точнее, раскатывание. Отформованную заготовку диска в форме кольца, нагретую до достаточной температуры, помещают в приспособление, с помощью которого производится уменьшение его поперечного сечения при увеличении радиуса кольца. Таким образом, задачей процесса является получение дисков относительно большого диаметра с большими отверстиями в центре. Затем производство дисков продолжается с использованием других технологий. Аналогичное приспособление с двумя оправками, но не обладающее отличительными признаками настоящего изобретения, раскрывается в патентном документе DE 299 07 807 U.
Для увеличения прочности дисков предусматривается использование некоторых новых сплавов. Например, что касается никелевых или никель-хромовых сплавов, в качестве таких суперсплавов могут использоваться Rene 65 или AD730.
Температурный диапазон ковки таких сплавов намного меньше, чем для обычных сплавов, таких как Инконель-718, использовавшийся обычно до настоящего момента для подобных операций. Таким образом, детали, выходящие из печи и подвергаемые раскатке, слишком быстро охлаждаются на воздухе, что приводит к возможности появления трещин на раскатанном кольце. В результате, качество кольца ухудшается, поскольку дефекты, возникающие на данном этапе, сохраняются в течение дальнейших этапов производства.
Вследствие этого, операция раскатки в настоящее время осуществляется несколькими этапами, между которыми заготовку диска повторно подвергают воздействию требуемой температуры. Это может значительно увеличивать время обработки, поскольку на практике необходимо выполнять несколько (как правило, от одного до трех) таких повторных циклов термообработки. В некоторых вариантах такой технологии число данных циклов уменьшается за счет допуска некоторых начальных трещин, которые затем удаляются путем стачивания поверхности заготовки в местах образования таких трещин перед повторной термообработкой с последующей раскаткой. Однако очевидно, что стачивание само приводит к потерям времени, а также материала.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание способа, обеспечивающего предотвращение образования трещин в процессе раскатки металлического кольца без использования повторного нагрева, или с минимальным количеством операций повторного нагрева, и без использования корректирующей ручной обработки, такой как стачивание.
Итак, согласно первому объекту изобретения, предлагается приспособление для раскатывания детали в форме кольца, содержащее две оправки, вращающиеся относительно параллельных друг другу осей, каждая из которых содержит кольцевую канавку, в которую помещают кольцо, причем данные канавки содержат нижнюю поверхность и боковые поверхности; указанное приспособление отличается тем, что нижняя поверхность каждой оправки соединяется с боковыми поверхностями криволинейными соединительными участками, радиусы кривизны которых составляют от 10 мм до 20 мм.
Как правило, внешний диаметр кольца после раскатывания составляет от 300 мм до 1500 мм, и указанное кольцо выполняется из никелевого или никель-хромового сплава. Предпочтительно, радиусы кривизны составляют от 12 мм до 15 мм. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения, нижняя поверхность является цилиндрической или конической, и определяется прямолинейной образующей, а боковые поверхности являются коническими, и также определяются прямолинейными образующими.
Необходимо отметить, что кольца, производимые с помощью известных приспособлений, имеют, в целом, многоугольное (как правило, четырехугольное) поперечное сечение, между нижними поверхностями, определяющими их внутренний радиус и внешний радиус, и боковыми поверхностями, определяющими боковые стороны колец, и, как правило, имеют острые углы в местах соединения указанных поверхностей. Однако в настоящем изобретении указанные места соединения выполнены в виде криволинейных соединительных участков, которые закругляют острые углы и образуют соединительные поверхности с радиусом кривизны. Поскольку трещины быстрее всего образуются на острых углах, на криволинейных соединительных участках трещины не образуются.
Согласно еще одному объекту настоящего изобретения, предлагается способ производства диска турбокомпрессора, включающий в себя этап создания заготовки путем раскатывания, в результате которого получают диск в форме кольца, поперечное сечение которого уменьшено посредством раскатывания, причем данный этап осуществляется с помощью вышеупомянутого приспособления, а кольцо имеет, в целом, многоугольное поперечное сечение и содержит углы, расположенные на криволинейных участках, и также закругленные в процессе производства.
Ниже приводится подробное описание нескольких предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения, приводимых лишь в качестве примера и не носящих ограничительного характера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 – схематическое изображение предлагаемого приспособления в общем виде;
фиг. 2 – изображение основных элементов приспособления в увеличенном масштабе;
фиг. 3 – изображение получаемой детали.
Настоящее изобретение представляет собой часть технологии производства диска турбокомпрессора, в частности, диска большого диаметра, и является первым этапом данной технологии, последующие этапы которой известны, остаются без изменения, и здесь не рассматриваются. Цель операции заключается в раскатке кольца 7, представляющего собой заготовку диска, для уменьшения его поперечного сечения и увеличения диаметра. Для выполнения операции используется приспособление, включающее в себя, как показано на фиг. 1, ведущую оправку 1 и ведомую оправку 2, установленные рядом друг с другом и вращающиеся относительно параллельных осей O1 и O2, на данном чертеже ориентированных вертикально. Ведущая оправка 1 содержит вал 3, соединенный с приводным электродвигателем (не показан), который вращает данный вал, в то время как ведомая оправка 2 содержит вал 4, свободно установленный на подшипниках. Каждая из оправок 1 и 2 содержит канавку 5 или 6 кольцевой формы относительно соответствующей оси O1 или O2; данные канавки 5 и 6 расположены на одной и той же высоте, и, таким образом, расположены точно напротив друг друга. Раскатываемое кольцо 7 помещают в пространство между данными канавками 5 и 6. Далее оно проходит рядом с ведомой оправкой 2, и его часть, наиболее удаленная от области между ведущей и ведомой оправками 1 и 2, где происходит раскатка, проходит на расстоянии от указанной ведомой оправки 2 меньшего диаметра, в горизонтальном пазу 8 между двумя опорами 9 и 10.
Как показано на фиг. 2, каждая из канавок 5 и 6 содержит нижнюю поверхность 11 и две боковые поверхности 12 и 13, соединяющиеся с внешними поверхностями 14 соответствующих оправок 1 или 2. Нижние поверхности 11 имеют цилиндрическую форму, а боковые поверхности 12 и 13 конические, и все данные поверхности определяются прямолинейными образующими. Как вариант, поверхности канавок 5 и 6 могут иметь и другую форму, при условии, что они не будут иметь острых углов (причины этого здесь не рассматриваются); согласно изобретению, нижние поверхности 11 соединяются с боковыми поверхностями 12 и 13 соответствующими криволинейными соединительными участками 15 и 16, вогнутыми в направлении наружу от канавок 5 и 6, и имеющими радиус кривизны, согласно настоящему изобретению, от 10 до 20 мм, предпочтительно, от 12 до 15 мм, для диаметров заготовок от 300 до 1500 мм по окончании прокатки. Соединительные участки 15 и 16 обеспечивают переход без угла, т.е. с постепенным изменением наклона, между поверхностями, которые они соединяют.
Кольцо 7, в целом, имеет многоугольное и прямолинейное поперечное сечение, внутренняя и внешняя поверхности которого расположены по касательной к нижним поверхностям 11 канавок, и боковые поверхности которого проходят перед боковыми поверхностями 12 и 13 канавок. Соединения боковых поверхностей с внешними и внутренними поверхностями должны образовывать острые углы, на углах поперечного сечения кольца 7, но раскатка, создаваемая оправками 1 и 2, которые сжимают поперечное сечение кольца 7, также разрушают его углы и заставляют моделировать их в форме участков 15 и 16, как показано на фиг. 3, где поверхности кольца 7 ограничены закругленными соединительными участками 17. Такая конструкция позволяет во время раскатывания избегать образования прямых углов, которые очень быстро охлаждаются, приводя к деформированию материала за пределами диапазона допустимой деформации при ковке, в результате чего возникают трещины. Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет избежать возникновения трещин при раскатывании, и, следовательно, обеспечивает хорошее высокое качество раскатки, даже при ограниченном диапазоне допустимых температур раскатывания.
1. Приспособление для раскатывания детали в форме кольца, содержащее две оправки (1, 2), вращающиеся относительно параллельных друг другу осей (O1, O2), каждая из которых содержит кольцевую канавку, в которую помещается кольцо, причем канавки (5, 6) содержат нижнюю поверхность (11) и боковые поверхности (12, 13), отличающееся тем, что нижняя поверхность каждой оправки соединена с боковыми поверхностями криволинейными соединительными участками (14, 15), радиусы кривизны которых составляют от 10 до 20 мм.
2. Приспособление по п. 1, отличающееся тем, что радиусы кривизны соединительных участков составляют от 12 до 15 мм.
3. Приспособление по п. 1 или 2, отличающееся тем, что нижняя поверхность (11) является цилиндрической или конической и определяется прямолинейной образующей, а боковые поверхности являются коническими и определяются прямолинейными образующими.
4. Приспособление по любому из пп. 1–3, отличающееся тем, что криволинейные соединительные участки (15, 16), вогнутость которых направлена наружу от канавок (5, 6), соединены с боковыми поверхностями (12, 13) без образования углов.
5. Способ производства диска турбокомпрессора в форме кольца, включающий в себя этап создания заготовки путем раскатывания, в результате которого получают диск в форме кольца (7), поперечное сечение которого уменьшено посредством раскатывания, отличающийся тем, что указанный этап осуществляют посредством приспособления по любому из пп. 1–4, при этом получают кольцо, имеющее многоугольное поперечное сечение и содержащее углы, расположенные на криволинейных участках и закругляемые в процессе производства.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что диск выполнен из сплава на основе никеля.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что диск выполнен из сплава на основе никеля и хрома.
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что диск выполнен из суперсплава Rene 65.
9. Способ по п. 7, отличающийся тем, что диск выполнен из суперсплава AD730.
10. Способ по любому из пп. 5–9, отличающийся тем, что внешний диаметр диска составляет от 300 до 1500 мм.
