автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Сверхпластическая формовка сферических сосудов из листовых полуфабрикатов

российская академия паук институт проблей сверхпластичности металлов

На правах рукописи Для служебного пользования

Экз. N 03

УДК 621.7.043:539.374

КРУГЛОЙ Алексей Анатольевич СВЕРХПЛАСТИЧЕСКАЯ ФОРМОВКА СФЕРИЧЕСКИХ

сосудов из листовых полуфабрикатов

Специальность 05.03.05 - "Процессы и машины обработки давлением"

Автореферат диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

У£а 1992

/

Работа выполнена в лаборатории "Сверхпластично< труднодеформгиуемых и композиционных материалов" Инстит; проблем сверхпластичности металлеа РАН.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

КАЙБЫШЕВ O.A.

Официальные оппоненты• доктор технических наук ЧУДИН В.Н.,

кандидат технических наук ЛИТВИНЕНКО A.A. Ведущее предприятие указано в решении Ученого Совета.

Защита состоится " 2Z" 'д&Мя^рй 1992 г. в час. на заседании Специализированного Совета К.003.98.01 в Институте проблем сверхпластичности металлов РАН г.Уфа, ул. Ст.Халтурина, 39.

Отзывы в двух экземплярах (заверенные печатью) просим высылать по адресу: 450001, г.Уфа, ул. Ст.Халтурина, ' 39, ИПСМ. тел. 25-33-14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПСМ Автореферат разослан: /<С.9с>РЯ 1992г.

Ученый секретарь Совета кандидат <Г"'з.- мат. наук

ФАРХУТДИНОВ К.Г.

- з -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Сверхлластическая формовк" (СПФ) ляется одним из эффективных процессов обработки листовых сериалов. Благод ;)я реализации преимуществ сверхпластической ¡формации, .данный метод позволяет получать на маломощном юссовом оборудовании и относительно простой штамповой ¡настке тонкостенные конструкции сложного профиля с высоким III, низкими энергетическими и капитальными затратами.

Одним из перспективных направлений развит::* технологии СПФ шменительно к сферическим сосудам является использование дли с изготовления листовых полуфабрикатов в виде пакета, стоящего из двух, листов сверхпла тимного матер! \ла. сваренных »рметичныч швом по периметру. Такие полуфабрикаты могут &еспечить получение готовых деталей за один цикл формовки, шболь-ий интерес представляет возможность осуществления >рмсвки листовых полуфабрикатов по схеме свободного формо-1менения, без использования шгампового инструмента.

На основе СПФ листовых полуфабрикатов в свободном >стоянии могут быть созданы ресурсосберегающие технологии.

В литературе способ сверхпластической формовки сферических »судов из листовых полуфабрикатов недостаточно освещен. Не »учены основные вопросы формообразования, такие как, динамика вменения формы полуфабриката, влияние его геометрических 1раметров на размер, £орму, разнсголщинность получаемых. >делий. Все это сдерживает^ разработку и применение в эомышленности технологий изготовления сферических сосудоа на :нове СПФ листовых полуфабрикатов з свободном состоянии. В

этой связи исследование процесса сверхпластической формовки сферических сосудов из листовых полуфабрикатов представляется актуальным. г

Настоящая работа является частью комплекса исследований по разработке научных основ интегральной технологии на основе сверхпластической формовки и сварки давлением проводимых в ИПСЦ в соответствии с программой фундаментальных исследований РАК "Машиностроение и технология" (подраздел 3.3), программой ЫНТК "Надежность машин" (Пост. ГННТ СССР от 06.09.87. N 412), комплексной долгосрочной программой научно-технического сотрудничества с республикой Индия (Распоряжение АН СССР от 04.08.87. К 10107-1303).

Цель работы. На основе численных и экспериментальных * '

исследований процесса сверхпластической формовки сферических сосудов из листовых полуфабрикатов в свободном состоянии разработать "Научно - обоснованные рекомендации по выбору технологических параметров процесса, обеспечивающих изготоьление сферических сосудов с регламентированными характеристиками.

При выполнении работы решались следующие задачи:

1. Разработать математическую модель' процесса сверхпластической формовки сферических сосудов из листовых полуфаб-

' рикатов иа базе метода конечных элементов.

2. Изучить динамику изменения формы полуфабриката и установить оптимальные соотношения пределов изменения геометрических параметров листовых полуфабрикатов, которые обеспечивают получение сферических сосудов требуемого диаметра, с минимальной разнотолщикность» и исключают образование фланца.

3. Определить влияние схемы свободного формоизменения нг

распределение толщины в сферических сосудах.

4. Изучить влияние орг^нтацни направлений прокатки листов в полуфабрикатах на симметрию :феричесних сосудов.

5. Разработать и созда.ь типовые технологические процессы СПФ сферических t зсудоа из листовых полуфабрикатов на примере деталей "шаробаллон" и "псплавок контактора уровня".

Научная новизна. 1. Разработана математическая, конечно-элементная модель процесса сверхпластической формовки сферических сосудов.иэ листовых полуфабрикатов, позволяющая рассчитывать процесс в технологическом див.:азоне скоростей деформации.

2. На основе численныу и экспериментальных исследований процесса сверхпластичесной фо[. .овни сфериче чих сосудов из листовых полуфабрикатов установлены: соотношение между диаметром полуфабриката D„ и диаметром сферического сосуда D„:

О S

- (1.20-1.26)D„, учитывавшее эффект перемещения эквато-

О 3

опального участка свободно формуемой оболочки к центру; соотношение между радиусами наружной R н внутренней г боковых поверхностей полуфабриката: R/r < 3, являющееся необходимым условием получения сосудов без фланца.

3. Определены количественные характеристики распределения

толщины в сферических с зудах, полученных свободной формовкой

листовых полуфабрикатов из титанового сплава Ы'бс при темпе— <1 __ 4 —•

ратуре 920°С в диапазоне скоростей деформации 10 - 10 с

Практическая значи.-юсть. 1. Разработана автоматизированная установка для исследования процесса СПФ, позволяющая осуществлять процесс формовки по задаваемым режимам и контролировать стадии формообразования.

3. Разработаны новые технические решения изготовления СП4> сфер-.ческих .сосудов из листовых полуфабрикатов, в которых предложены форма полуфабриката и- схема процесса формовки, позволяющие снизить разнотолщинность, схема укладки листов в полуфабрикате, обеспечивающая осевую симметрию сосудов.

4. Разработан и внедрен технологический процесс изготовления деталей "поплавок контактора уровня" из листовы* титановых сплавов ВТбс и 0T4-V. Партия деталей, поставленшн заказчику. ГП "Астраханьгазпром", эксплуатируется на промышленных технологических установках.

5. Разработан и опробован технологический процас« изготовления деталей типа "Air Bottle" из титановых еплаво! ВТ6г и Ti-6Al-4V, обпшечивающий получение сферических сосудо! с однородной микрокристаллической структурой из листовы: полуфабрикатов. Опытные образцы поставлены заказчику - Defenc Metallurgical Research Laboratory, Hyderabad (INDIA).

Апробация работы. Материалы диссертации были представлен на IV Всесоюзной конференции "Сверхпластичность металлов". Уфа 1°39; на Всесоюзно?» научно - технической конференции "Итоги проблемы и перспективы комплексно - автоматизированных произ водств в машиностроении и приборостроении". И-Новгород. 199С на. Всесоюзной конференции "Применение систем автомат» зированного проектирования технологических процессов машиностроении". Свердловск. 1990; на V Всесоюзной конференц! "Сверхпластичнось неорганических материалов". Уфа. 1992; на ] Международной конференции "NUM1FDRM'92". Sophia-Antipolii FRANCE. 1992.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано четы]

статьи, получено два авторских свидетельства и два положительных решения на предполапемые изобретения.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, изложена на №2. машинописных страницах, содержит 5~6 рису;..<ов, УО таблиц, библиографический список из наименований и два приложения.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В первой главе дается общая характеристика процесса СПФ. Рассмотрены схемы СПФ и их влияние ка распределение толщины. Проведен сравнительный анг тиз применения в процессах СПФ листовнх заготовок, листовых н оС--емных полз рабрикатов для изготовле ия сферических сосудов. Показаны гримеры промышленного использования и их экономическая эффективность. Описаны известные способы СПФ сферических сосудов из листовых полуфабрикатов, в том числе, использующие схему свободной формовки. Приведены

результаты исследований. (МИСиС) процесса СПФ деталей типа "шаробаллон") из листовых полуфабрикатов, полученных аргоно-дуговой сваркой. Показано, что возможности свободного формообразования сосудов ограничивает низкая' пластичность сварного шва.

Обсуждены методы моделирования процесса СПФ. Показано, что ;ля описания процесса сверхпластической формовки сферических сосудов из листовых полуфабрикатов наиболее приемлемым представляется метод конечных элементов (ИКЭ).

В заключительном разделе, исходя из имеющихся в литературе данных, сформулированы цель и задачи исследования.

- 8 - • методика исследования

В качестве основного материала для исследований был выб! широко распространенный и достаточно хорошо изученный листо] тнтановый -плав ВТбс толщиной 1 и 5 мм, аналог известж зарубежного сплава TÍ-6A1-4V, применяемого для изготовле! сосудов давления. Выбранный сплав, ' согласно литератур! данным, обладает высокими сверхпластическими свойствами хорошей диффузионной свариваемостью в состоянии поставки, качество дополнительных использовались листовые титано! сплавы ВГ14 и 0Т4-1 толщиной 0.8 и 1 мм.

Объектами для экспериментальных исследований процесса < сфер: ческих сосудов являлись полуфабрикаты, состоящие из д] круглых листов, собранных в пакет и соединенных по периме-сваркой. В центре одного из листов выполнялось отверст) соосно которому приваривался штуцер для подвода газа.

Поскольку возможность формоизменения сварных полуф; рикатов во многом згпис:-т от деформируемости сварш соединения, лрименяги способы сварки, обеспечивающие требуе) пластичность сварного шва. Полуфабрикаты из листов толщиной мм и диаметром 200 мм получали с помощью сварки давлением услрвиях сверхпластичности, чтобы обеспечить однород! микрокристаллическую структуру материа^ч и устранить влия] сварного шва на процесс формовки. Полуфабрикаты из лис толщиной 1 мм и дламетром 108; 188; 290 мм получали контакт! ыовной сваркой с использованием сварочной машины МШ-2001.

Сварку давлением и формообразующие операции, выполняли вакуумной печи СКБ-8086. Для сварки листовых заготовок i

разработан специальный штамповый блок, имеющий силовые плиты, крепежные элементы и набор кольцевых пуансонов. Для создания давления, необходимого для сварки, применяли гибкую мембрану, нагруженную газообразным аргоном. Температура процесса сварки 920°С, время - 1,5 часа, степень деформации зоны соединения 10...25% . Свободное формоизменение полуфабриката обеспечивали, закрепляя его за штуцер к перекладине, установленной в печи. Формовку при температуре. 920°С осуществляли аргоном по рассчитанной зависимости давления газа от времени, соответствующей условиям сверхпластической деформации материала. Для СПФ также использовали электрические печи KS-520, KS-1300. Задание необходимой формы полуфабрикату и калибровку сферического сосуда выполняли в шгамповых блоках, включающих разъемные матрицы и крепежные элементы.

Исследования процесса формообразования листовых заготовок проводили на установке для СПФ, включающей нагревательную печь, разработанные автоматизированный комплекс управления САКУ), штамповый блок и устройство контроля формообразования [A.c. N 1632567 J. АКУ был создан на базе микроЭВМ "MERA-660", стандартного интерфейса КАМАК и газораспределительного устройства. С помощью АКУ обеспечивали подачу газа по заданной программе с точностью-до 0.02 МПа. Принцип работы устройства контроля формообразования основан на получении сигнала при замыкании электрической цепи Заготовка-датчик. Надежная работа устройства обеспечивается до 1С00°С. Напряжение питания 12 В. Точность регулирования температуры составляла

Металлографический анализ осуществляли с использование!« оптического микроскопа "Neophot 32".

Ыехан ческие испытания образцов на растяжение проводили при рабочей температуре формовки на плоских пропорциональных образцах, вырезанных в различных направлениях прокатки исходного листа из сплава ВТбс, с применением универсального дкнамомет а фирмы Instrori".

Моделирование процесса выполняли с помощью специального пакета пру-:ладных программ*, написанного на, алгоритмическом языке "Fortran-77" в среде операционной системы "HS-DOS", на персональной ЭВМ PC/AT - 2В6/2В7 ."Comriek".

Тестирование расчетной программы было проведено нь задаче формовки полусфер радиусом 35 мм. Полусферы формовали из листа толщиной 1 мм в цилиндрическую матрицу диаметром 70 мм и высотой 35 мм по заданной зависимости давление - время. Температура формовки 920°С. Проводили трехкратное дублирование экспериментов. Установлено совпадение результатов, как по временным параметрам формовки (погрешность менее 7%), так и по распрзделенил толщины по профилю полусферы (погрешность В%).

Для выполнения графических работ использовались прикладные программы "Chiwriter", "Graphter", "Fickmaker".

, МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА СПФ СФЕРИЧЕСКИХ СОСУДОВ

В связи со сложной геометрией исследуемого объекта и нелинейным характером реологических зависимостей СП-материалов была разработана конечно-элементная модель процесса СПФ .

Процесс сверхпластического формообразования реализуется

^Программное обе -печение разработано при участии А.Р.Таюпова

при относительно малых скоростях деформации, поэтому оправдано принятие гипотезы о квазистационарном характере течения материала:

где (т^ - компоненты тензора напряжений.

Компоненты тензора скоростей деформации определялись, как:

. (2)

где « - вектор скорости перемещения.

В предположении о справедливости гипоте?ч единой кривой компоненты тензора напряжений определялись, кг:::

где символ Пронегера.

Объемная упругость задавалась в виде:

elflrdt, (4)

о

где К- модуль объемной упругости.

Согласно гипотезе единой кривой коэффициент д определяли по характеристикам простого нагружения: ч .

.....С5)

Зависимость между интенсивностью касательных напряжений и . интенсивностью скорости деформации сдвига в а^адположении' о стабильной микрокристаллической структуре материала задавалась известным соотношением:

о* - а (о- + к еик<г + к еТ1. (б)

и з о учи а учи ' где <ги - интенсивность касательных напряжений; 4и ~

интенсивность скорости деформации сдвига; сг , а- , К , ш -

Б О V

реологические коэффициенты, зависящие от температуры и структуры материала.

Поскольку, при сверхпластической деформации ресурс пластичности зависит от скорости деформации, выбор режима нагружения, проводили по критерию:

пип(тах| ~ €вр |) , . (?)

где - скорость деформации, соответствующая точке перегиба нр

сигмоидальной кривой сверхпластмчиости; - максимальная

интенсивность скорости деформации сдвига.

В качестве локальных носителей аппроксимации использовали треугольные в плане осесимметричные конечные элементы (КЗ), а разбивку на КЭ выполняли по толщина листов. Такая разбивка позволила моделировать поведение материала с учетом изгибных факторов, рассчитывать зоны с переменной кривизной профиля, оценивать разнотолщкнность, описывать условия крепления листов.

Исходная конфигурация для КЭ разбивки представляла собой . два листа толщиной во и диаметром Оо, уложенные друг на друга и соединенные по периметру. Ширина соединения, радиус наружных кромок задавались равными толщине листа. Б центре одного из листов располагался штуцер. Было принято структурно-однородное состояние материала. Симметрия изделия позволила рассматривать только половику его поперечного сечения.

ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА СПФ СФЕРИЧЕСКИХ СОСУДОВ

Характеристика процесса. Анализ деформированных КЭ-конфи-

ураций показывает, что отличительной особенность» свободного юрмоиэненения оболочек из листовых полуфабрикатов является [еремещение экваториального участка оболочки к центру. Эффект [еремёщения экваториального участка связан с существенной геравномерностыо поля напряжений, которое задает форма шстового полуфабриката. При остром угле между деформируемыми шстами горизонтальная составляющая меридиональных напряжений, 1ействующих на экваториальный участок, существенно больше $ертикальной. Действие широтных напряжений вызывает только реформацию сжатия:. Такое распределение напряжений является тричипой перемещения экваториального участка оболочки. По мере увеличения угла между листами движение экваториального участка к центру постепенно замедляется и практически прекращается.

Диаметр сферического сосуда. В результате перемещения

■V

экваториального участка свободно формуемой оболочки к центру может быть получен сферический сосуд с диаметром меньшим начального диаметра полуфабриката. Расчеты КЭ-конфигураций с изменением параметров и яо, а также коэффициентов

реологического уравнения (6), показывают, что относительная величина перемещения экваториального участка к центру находится *

в определенном интервале, с учетом которого диаметр листового полуфабриката О может быть связан с диаметром сферического сосуда Цд соотношением: 0о= . (1.20-1.26)0^ [П.р. по заявке 4873385/27].

Оценка применимости полученного соотношения доказана экспериментальной формовкой сферических сосудов из полуфабрикатов, полученных сваркой давлением из титанового сплава ВТбс, (величина °0/с3 составила 1.21^0.01) и

полуфабрикатов, изготовленных контактной шовной сваркой и титановых сплавов ВТбс, ВТ14, 0Т4-1,(величина 00Л>3 составил 1.20-0.02). Снижение величины И /О в последнем случае видим

О 3

связано с в.иянием структуры сварного соединения.

Форма сосуда. Характерной особенностью сверхпластнческо

с

формовки сосудов из рассматриваемых полуфабрикатов являете образование в них наружного фланцевого валика, что принят связывать со структурной неоднородностью свар'о'го соединения Однако, появление фланцаJ в деформированных КЗ-конфигурациях учитывая ' принятые допущения об однородности структур материала;"свидетельствует, . что наличие микрокристаллическо структура в полуфабрикате не является достаточным условием чтобы исклю^.лъ ооразование фланца.

Для решения этой проблемы оыло расширено число варьируемы геометрических параметров модели, а именно: заданы радиусы И г соответственно наружной и внутренней Соковых поверхносте полуфабриката. В этом случае сечение экваториального участк формуемой оболочки в начале процесса представляет собо полукольцо. Действие внутренних напряжений со стороны куполо оболочки на экваториальный участок носит преимущественн радиальный характер. С учетом этих факторов было сделана предположение, что область решений ограничена известии решением задачи о толстостенной трубе под внутренним давлением согласно которому пластическому состоянию трубы соответствуе отношение ее наружного радиуса к внутреннему меньшее трех.

Результаты моделирования показали, что развитие деформацк в экваториальном участке оболочки определяется отношением Я/г Образование фланца в КЗ-конфигурациях имеет место до значена

В/г больше четырех (4.33). Начиная со значений Й/г меньше четырех (3.5), происходит полная трансформа' я экваториального участка в сферическую поверхность.

При натурной формовке полуфабрикатов с отношением К/г»1О и И/гяЗ, в первое случае сферический сосуд «мел фланцевый валик высотой до 3 мм, ",о втором был получен сосуд без фланца.

Симметрия сосуда. При изготовлении полуфабрикатов из листового проката, когда, исходный птериал характеризуется анизотропией механических свойств, симметрия сосуда зависит от схемы укладни листовых заготовок. Проведена формовка полуфабрикатов, в которых угол между направлениями прокатки "в свариваемых листах составлял: О; 45; 90 градусов. В случае, когда направления прокатки не совпадают, в процессе формовки происходит искривление линии сварного шва, что объясняется неравенством в напряжениях теченх.л, действующих по обе стороны от плоскости соединения (экватора), вдоль меридианов оболочки. Смещение точек сварного шва из общей плоскости может приводить из-за разной .длины меридиональных дуг к локализации утонения на большей дуге меридиана и появлению в оболочке местного выпучивания. Предложено располагать свариваемые листы относительно друг друга так, чтобы направления прокатил совпадали [П.р. по заявке N 5028603/27].

Распределение толщины. Одной из основных , проблем в технологии С.1Ф является разнотолщинность стенок деталей. Использование схемы свободной формовки позволяет снизить разнотолщинность, поскольку изменение формы листов происходит не только путем утонения но и за счет изменения их диак^тра. Это подтверждают сравнительные эксперименты, проведенные на

полусферах радиусом 35 мм и сферах радиусом 45 мм. Полусферь получали по традиционной схеме СПФ - формовка в матрицу ( прижимом кромок. ' Использовали расчетные зависимост! давление-время, задающие постоянную скорость деформации i

полюсе купола. Температура СПФ 920°С. . Выл выбран диапазо!

-3-1 -4 —1

скоростей деформации: от 2.0 10 с до 2.0 10 с

Использование различных скоростных режимов деформированш позволило определить варианты с минимальной разнотолщинностью i по ним произвести оценку схем СПФ. В полусферах относительна) толщина s/sQ в полюсе составляет 0.39, перепад толщин! smax'/smin Равен 1-8- в сферах соответственно 0.61 и 1.4, npi отношении Dq/Ds= 1.2, где Dg -диаметр сферы.

Использование полуфабрикатов с однородной микрокристаллической структурой расширяет возможности регулирован)!, распределения толщины в сосудах при помощи соотношений Dq/Ds i E/r. Указанные соотношения положены в основу алгоритма выбор; геометрических параметров полуфабрикатов, обеспечивающн: регламентированное распределение толщины. Алгоритм реализова; на задаче формовки сферического сосуда при Do/Ds=1.21 R/r=l.8. Распределение толщины составило:. smax/'smin менее 1. при s/sQ в полюсе 0.7.

РАЗРАБОТКА ТИПОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СПФ СФЕРИЧЕСКИХ СОСУДОВ ИЗ ЛИСТОВЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ

возможность практического применения технологии СП листовых полуфабрикатов была показана на двух примерах:

1. Деталь "шаробаллон" ("Air Bottle") диаметром 180 им

Исходный материал- листы титановых сплавов ВТбс* и T1-6A1-4V толщиной 5 мм. При разработке технологии ставилась задача пол;, *ения равнопрочного изделия сферической формы.

Задача была решена за счет использования полуфабриката с однородной микрокристаллической структурой и разработанной схемы формообразующих операций, включающей профилирование полуфабриката, свободное формоизменение, калибровку. Листовой полуфабрикат получали сваркой давлением в условиях сверхпластично~ти. При отработке схемы процесса возникла проилема с подготовкой полуфабриката к операции формовки. Был предложен способ, по которому производилось оформление сварных ' кромок полуфабриката по радиусу, равному толщине листа [A.c. N 16Ю665]. Профилирование полуфабриката обеспечило соотношение радиусов наружных и внутренних боковых поверхностей меньше трех, что предотврлтило образование фланца. С целью снижения разнотолщинно^ти использовали следующую схему формовки: свободное формоизменение сосуда осуществляли до завершения этапа перемещения -экваториального участка к центру, после которого производилось окончательное формообразование сферического сисуда в пресс-форме [П.р. по заявке 4873385/27].

Испытания сосудов внутренним давлением водорода показали их соответствие требованиям технического задания. Давление разрушения детали из сплава ВТбс равнялось 45.0 МПа, из сплава Ti-6A1-4V - 38.4 МПа.

2. На нефте- и газоперерабатывающих производствах широко используются поплавковые контакторы уровня. В состав этих приборов входят металлические поплавки. Был разработан и внедрен в ИПСМ технологический процесс изготовления деталей

"поплавок контактора • уровня", предназначенных . для работы в агрессивных средах. Исходный материал - листы из титановых сплавов ВТбс и 0Т4-1 толщиной 1 и 1,5 м". Изготовляли сферические поплавки диаметром 90 мм и эллипсоидные с размерам» по осям 90x90x160 мм. Существующая технология получения такил изделий включает: вырезку заготовок о-, листа, вытяжку двуэ полусферических половин в . штампе, обрезку фланцев, аргоно-дуговую сварку полусфер по кромкам, отжиг изделий для снятш остаточных напряжений. В новом технологическом процесс* используется листовой полуфабрикат в виде пакета со штуцером сваренный "контактной шовной сваркой из вырезанных листов Готовую деталь получают после' операции СПФ полуфабриката свободном состоянии и заварки отверстия для подачи газа Процесс ориентирован на серийное оборудование, гибок изменению размеров. Получение изделий не требует штамповог инструмента и операции термообработки. Эффективность процесса основном обеспечивается ьа счет повышения до 0.75 КИМ, снижен» в 1.6 раза энергоемкости и в 2.5 раза капитальных затрат.

При отработке техпроцесса выявлены причины, приводящие браку деталей, и определены методы их устранения. Получении детали (75 шт.) прошли гидроиспытания (100%) наружным давление на 5 МПа и 10.5 МПа в зависимости от толщины исходного листг соответствовали техническому заданию и приняты в эксплуатацию.

основные результаты работы и выводы

1. Разработана математическая, конечно-элементная моде, процесса сверхпластической формовки сферических сосудов I

эцесса сверхпластической формовки сферических сосудов из стовых полуфабрикатов, позволяющая рассчитывать процесс в зоологическом диапазоне скоростей деформации. Погрешность счетов не превышает 5-6Я .

2. На основе численных и экспериментальных исследований оцесса сверхпла-ггической формовки сферических сосудов из ютовых полуфабрикатов установлены: .соотношение между тметром полуфабриката и диаметром сферического сосуда Г •

О о

( - (1.20-1.26)Р3, учитывающее эффект перемещения эквато-«ального участка свободно формуемой оболочки к центру; »отношение между радиусами наружной Я и внутренней г боковых' эверхностей полуфабриката: К/г < 3, являющееся необходимым зловием получения сосудов без фланца.

3. По результатам экспериментальной формовки сферических

осудов из листовых полуфабрикатов при температуре 920°С . в

-3 -4-1

иапазоне скоростей деформация 10- 10 с на примере итанового сплава ВТбс определено, что схема свободного формо-эменения обеспечивает перепад толщины не выше 1.4 и

ГЛЙА ШХП

тносительную толщину з/во не ниже 0.61 при величине отношения [иаметров сосуда и листового полуфабриката не менее 1.2.

4. На основе установленных соотношений разработан алгоритм ¡ыбора геометрических - параметров листовых полуфабрикатов с однородной микрокристаллической структурой, обеспечивающих эегламентирова. ное распределение толщины в сосуде. При реализации алгоритма на задаче формовки сферического сосуда из листового полуфабриката при температуре 920?С в диапазоне

—Ч —4 -1

скоростей деформации 10-10 с на примере титанов .>го сплава ВТбс перепад толщины составил 1.1 при

относительной толщине в полюсе s/s0 - 0.7.

5. Экспериментально установлено, что при сверхпластическ формовке сосудов из листовых полуфабрикатов в свободн состоянии осевая симметрия сосуда обеспечивается укладк листов в полуфабрикате, при которой направления прокалки лист совпадают.

6. Разработана и внедрена в практику лаборатор! исследований автоматизированная установка для СПФ, позволяюи осуществлять формовку по задаваемым режимам и контролиров! стадии формообразования.

7; На основе проведенных исследований созданы:

- технологический процесс изготовления деталэй типа Bottle" из титановых сплавов ВТбс и Ti-6A1-4V, оОеспечипаю получение сферических сосудов с однородной ыикрокристалличес структурой из листовых полуфабрикатов. Опытные обра поставлены заказчику - Defence Metallurgical Resea Laboratory, Hyderabad (¿ДО1А).

- технологический процесс изготовления деталей типа "поплг контактора уровня" из листовых титановых сплавов ВТбс и ОТ' Партия деталей эксплуатируется на промышленных технологиче* установках ГП "Астраханьгазпром". * Эффективность проц обеспечивается за счет повышения до Q.75 КИМ, снижения в раза энергоемкости ив 2.5 раза капитальных затрат.

Основное содержание диссертации опубликовано в следу работах: , .

1. Кайбышев О.А., Круглоа A.A., Тагпов А.Р., Лутфз Р.Я. Сверхпластиче.ская формовка сферических оболочек

эизводство. 1991. N8. С.19-20.

2. A.A.Kruglov, R.Y.Lutfullin & O.A.Kaibyshev. Simulation the superplastio forming of spherical vessel using the. nito element method, in Numerical Methods in Indastrial rming Procesaos, edited by J.L.Chenot, R.D.Wood' & C.Zienkiewicz. 1992. Balkema. Rotterdam, pp.857-860.

3; A.c. N 1632567, MKH4 В 21 D 24/16. Устройство для штроля глубины вытяжки к вытяжному штампу / А.А. Круглов, .Я.Лутфуллин, В.К.Бердин - Опубл. 07.03.91. Бюл.М9.

4. А.с. N .1610665 МКИ* В 21 D 26/02. Способ изготовления Эолочек из листовых заготовок / О.А.Кайбышев, А.А. Круглов, .Я.Лутфуллин, В.К.Бердин.

5. Кайбышев 0.А-, Круглов А.А., Таюпов А.Р., Бердин В;К., утфуллин Р.Я. Сверхпласт-лческая формовка многослойных конст-укций //Кузнечно-штамповочное производство. 1990. N9. С.20-21.

6.Меремьянин С.В., Муфазалов В.К., Бердин В.К.. Круглов t.A., Лутфуллин Р.Я., Таппов А.Р. Автоматизация управления фоцессом сверхпластической формовки // Механизация и штоматизация производства. 1990. N10. С.4-5.

7. Положительное решение по заявке Н 4873385/27 от

16.10.91. Способ изготовления замкнутых емкостей из листовых материалов / О.А.Кайбышев, А.А. Круглов, Р.Я.Лутфуллин.

Й. Положительное решение по заявке N 5028603/27 от

10.06.92. Способ изготовления оболочек из листовых заготовок / Круглов А.А.