Способ формовки листовой заготовки в режиме сверхпластичности
Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к пневмотермической формовке деталей из листовых заготовок. Листовую заготовку размещают в матрице, нагревают до температуры сверхпластичности, создают в ней неравномерное температурное поле и деформируют давлением рабочей среды. При этом деформирование заготовки осуществляют в вакуумной камере, а неравномерное температурное поле в заготовке в процессе ее нагрева создают посредством контактирующих с поверхностью заготовки элементов, препятствующих нагреву в местах максимальной деформации заготовки. Повышается качество деталей за счет уменьшения разнотолщинности. 2 ил.
Настоящее изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к пневмотермической формовке деталей из листовых заготовок.
В ряде отраслей промышленности задача повышения качества продукции решается за счет использования современных методов формовки деталей из листовых заготовок. Однако сложность изготовления таких деталей заключается в том, что при формовке часто происходит разрушение заготовки в местах наибольших деформаций. Из практики известно, что хороших результатов можно достичь при использовании эффекта сверхпластичности при обработке малопластичных и труднодеформируемых металлов и сплавов. Процесс сверхпластичной формовки (СПФ) позволяет изготавливать изделия сложной формы с большой степенью деформации без разрушения заготовки, путем приложения равномерно распределенного деформирующего усилия к нагреваемой в штампе заготовке и торможения утонения в зонах максимальных деформаций за счет использования дополнительных охлаждающих устройств.
Известен способ, основанный на изменении сопротивления деформации отдельных частей листовой заготовки, имеющих различную температуру в процессе формовки. "Неравномерное температурное поле может быть создано на поверхности листовой заготовки либо на поверхности матрицы. Наиболее эффективным способом является создание градиента температуры по площади исходной заготовки. Последнее возможно за счет сублимации вещества, нанесенного на определенные участки поверхности заготовки. При достижении в рабочем пространстве матрицы температуры, соответствующей началу процесса формовки это вещество интенсивно испаряется, что сопровождается поглощением теплоты с участка, на котором оно было нанесено…Таким образом по площади исходной заготовки перед началом ее формообразования создается заданное температурное поле." (О.М. Смирнов, «Обработка металлов давлением в состоянии сверхпластичности», М.: Машиностроение, 1979 г., стр. 108). Существенным недостатком способа является то, что при температуре формовки сублимирующее вещество, посредством диффузионных процессов, создает алъфированный (поверхностный) слой, ухудшающий механические характеристики заготовки.
Известен способ штамповки деталей из листовых заготовок в состоянии сверхпластичности, осуществляемый путем равномерного распределения деформирующего усилия и торможения утонения в зонах максимальных деформаций за счет нанесения на заготовку сублимирующего покрытия (МПК 2 B21D 26/02, а.с. №539643, от 10.04.1975 г. ). Недостатками данного способа являются высокая трудоемкость за счет выполнения подготовительных операций, повышение стоимости за счет приобретения теплоизолирующего покрытия и сложность процесса формовки.
Наиболее близкий к предлагаемому способу, который выбран в качестве прототипа, является "Способ формовки листовой заготовки в режиме сверхпластичности и устройство для его реализации", которое позволяет исключить разрушение заготовки на участках с максимальными степенями деформации за счет создания на поверхности матрицы, в зоне ее контакта с заготовкой, неравномерного поля температур с обеспечением уменьшения утонения металла в местах наибольших деформаций, а также за счет использования матрицы с вставками из материала, менее теплопроводного, чем основной материал матрицы, расположенными в местах максимальной деформации заготовки. (МПК B21D 26/02, RU 2433010 С2, от 27.03.2009 г. ). Недостатками данного способа являются ограничение по размерам изготовляемых деталей, отсутствие контроля и регулировки температурного поля в центральной части заготовки и утонение в куполе детали.
На решение существующей проблемы направлено предлагаемое изобретение, которое позволяет исключить разрушение заготовки на всех участках деформации за счет создания на поверхности заготовки, в зоне ее контакта со стоками тепла, неравномерного поля температур с обеспечением уменьшения утонения металла во всех местах деформаций заготовки.
Технический результат заявляемого решения заключается в получении равнотолщинной детали или в уменьшении разнотолщинности по всей детали, что позволит улучшить качество и уменьшить массу конечного изделия.
Способ формовки листовой заготовки в режиме сверхпластичности, включающий размещение заготовки в матрице штамповой оснастки, нагрев заготовки до температуры сверхпластичности, создание в ней неравномерного температурного поля и деформирование заготовки давлением рабочей среды, отличающийся тем, что деформирование заготовки давлением рабочей среды осуществляют в вакуумной камере, при этом неравномерное температурное поле в заготовке в процессе ее нагрева создают посредством контактирующих с поверхностью заготовки элементов, препятствующих нагреву в местах максимальной деформации заготовки.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами:
на фиг. 1 представлена схема устройства до начала формовки детали из листовой заготовки;
на фиг. 2 представлена схема устройства в отформованном состоянии листовой заготовки по предлагаемому способу.
Способ формовки листовых заготовок в режиме сверхпластичности осуществляется с помощью устройства, которое содержит: матрицу 2 с формообразующим вкладышем 1, на которых размещена заготовка 5, крышку 4 с установленными стоками тепла 6, 7 и вспомогательными устройствами для позиционирования и перемещения стоков тепла 9, 10, систему 8 для подачи рабочей среды и формообразующей части 11, также служащей для поддержания необходимого давления.
Способ управления формовки листовой заготовки в режиме сверхпластичности реализуется с помощью устройства следующим образом.
В рабочую полость между матрицей 1 и крышкой 4 помещают листовую заготовку 5, выполненную из трудно деформируемого материала, например сплава на основе титана или алюминия. Крышку 4, с установленными элементами в виде стоков тепла и подачи рабочей среды, опускают, прижимают по контуру для обеспечения герметизации рабочей полости. Штамповую оснастку устанавливается в вакуумную камеру. Создают вакуум и нагревают заготовку по определенной закономерности до достижения заготовкой в ключевых точках температуры сверхпластичности, причем для сплавов на основе титана она колеблется в пределах 800-860°С.Процесс формовки начинают с подачи рабочей среды в рабочую полость. Газ подают через систему подачи рабочей среды 8, при этом давление газа изменяется в пределах от 0,1-8,0 МПа по зависимости, обеспечивающей постоянную скорость деформации. Нагрев в среде вакуума происходит в основном за счет излучения. При этом стоки тепла 7,6 не позволяют нагреваться заготовке в месте контакта с такой же интенсивностью, что и остальная часть заготовки. При этом создается неравномерное температурное поле заготовки, обеспечивающее различные скорости деформаций. Что позволяет уменьшить утонение в местах, подверженных высокой степени деформации. Стоки тепла 7,6 выполнены съемными, с возможностью крепления в различных местах, что позволяет расширить номенклатуру получаемых деталей.
После окончания процесса формовки штамповую оснастку деинсталлируют из вакуумной камеры, поднимают крышку 4, с установленными системами стоков тепла и подачи рабочей среды, и удаляют отформованную деталь. Предлагаемый способ управления деформацией листовой заготовки при формовке в режиме сверхпластичности позволяет уменьшить утонение металла в местах наибольших деформаций, предотвратить разрушение формуемой детали за счет создания неравномерного поля температур и за счет исключения последующей механической обработки.
Способ формовки листовой заготовки в режиме сверхпластичности, включающий размещение заготовки в матрице штамповой оснастки, нагрев заготовки до температуры сверхпластичности, создание в ней неравномерного температурного поля и деформирование заготовки давлением рабочей среды, отличающийся тем, что деформирование заготовки давлением рабочей среды осуществляют в вакуумной камере, при этом неравномерное температурное поле в заготовке в процессе ее нагрева создают посредством контактирующих с поверхностью заготовки элементов, препятствующих нагреву в местах максимальной деформации заготовки.
