автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Исследование и разработка процесса дифференциальной изотермической штамповки заготовок лопаток компрессора в условиях сверхпластичности

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ рсфср ПО ДЕЛАМ НАУКИ

и высшей школы

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ имени К.Э.ЦИОЛКОВСКОГО

Для служебного пользования

ЭКЗ. № 000011 &

НА ПРАВАХ РУКОПИСИ

БОТКИН Александр Васильевич

УДК 621.45—226.2

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ШТАМПОВКИ ЗАГОТОВОК ЛОПАТОК КОМПРЕССОРА В УСЛОВИЯХ СВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ

Специальность: 05.16.05 — «Обработка металлов

давлением»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 1992

Ч / ■

К

Работа выполнена в Уфимском авиационном институте имени Сер г о Орджоникидзе, на кафедре «Машины и технология обработки металлов давлением».

Научный руководитель — кандидат технических наук,

доцент Грешнов В. М.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Клещёв А. С.;

■кандидат технических наук, доцент Масловский П. А.

Ведущее предприятие — указано в решении специалцэиро-в амию го Совета.

Защита диссертации состоится « % 3 » ¿Х-г^ь&мЯ. \дд? г

в _ часов на заседании специализированного Совета

К.063.56.06 при Московском авиационном технологическом ¡институте .им. К. Э. Циолковского.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « 48 » ¡¿ссх/ъ/ги? ]дд? г_

Отзывы на автореферат просим присылать в 2-х экземплярах, заверенных печатью организации по адресу: 103767, Москва, К.-31, Петровка, 27, Ученому секретарю Совета.

Ученый секретарь специализированного Совета, кандидат технических нау14

Соколов В. С.

Л. СЕДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

' Производство лопяток занимает.важное место в авиядвигате- * лестроении. Заготовки лопаток получают литьем, и штамповкой.

Технологические по.зйожностй наиболее распространенного процесса штямповки ззготовок лопаток в открытых штампах на кривошипных горячештомпопочных прессах, в части, повышения кооффкци-ента использования металла (КИМ) и прочностных характеристик получаемых лопаток, полностью исчерпаны.

Использование явления сверхпластичности в процессах штамповки заготовок лопаток ил титановых сплавов позволяет поднять уровень свойств получаемых заготовок и повысить КИИ. Но существующие процессы штамповки в условиях- сверхпластичности характеризуются многооперационностью, обусловленной наличием операций предварительного профилирования, низкой стойкостью гатамповой оснастки. Кроме этого ограниченность известных способов профилирования заготовок (ГКМ, горячая вальцовка и т.д.) по набору металла существенно снижает (эффективное использование сверхпластической деформации для получения -заготовок лопаток с развитыми полками, характеризующихся большими1 и резкими перепадами площадей поперечных сечений по длине заготовки. Ток как в этом случае к высокой трудоемкости процесса добавляется и такой недостаток, кок низкий КИМ.

В данной работе проведен комплекс научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, результаты которых были положены в основу новой технологии дифференциальной штамповки заготовок лопвток. Данная технология обеспечивает существенное повышение эффективности использования сверхпластичности в процессах пластического формообразования.

Целью габоты является интенсификация технологии изготовления заготовок лопаток за счет повышения КИМа, снижения пнерго- ■ И трудоемкости, и затрат на штампопугс оснастку;

Метопы исслеповгния. П?прякенно-деформированное состояние згготовки определялось на'основе инженерного метода с заданием кинематики течении, выявленной экспериментально. Анализ Сортообразования антивибрационной полки проводился я соответствии с теорией плоского течения тонкого пластического слоя. Экспптимонтвдьнт.р исследования проводили методом физического моделирования процесса на ¡тгборлторном гидравлическом прессе

- г -

усилием Г;00 к11, в специально изготовленном опытном штампе. В качестве измерительного инструмента использовали инструментальный микроскоп БИТ -I. Суть физического моделирования процесса заключалась в изучении макродеформации заготовки, характера течения металла в полку. Деформированное состояние заготовки исследовали методом координатных сеток. При исследовании силовых параметров штамповки применяли измерительный комплекс включающий мосдозу, ходогряф, контрольную'хромель-алюмелевую термопару и многошлейфовый лучевой осциллограф Н-115.

Исследование макро- и микроструктуры полученных заготовок лопаток проводили на металлографическом микроскопе "Неофот - 21". Механические.испытания проводили по стандартной методике на машине "Амслер" со скоростьи захватного органа 3,7-10"^ м/сек.

Научная новизна работы заключается в разработке теоретических основ дифференциальной штамповки заготовок длинноосных деталей, а именно';

- разработана математическая модель макродеформации 'заготовки; •■■'..

- получены условия качественного оформления ребер на заготовках; • '

- исследовано'напряженно-деформированное состояние заготовки и выведена" .формула для расчета усилий деформирования при деформировании отдельными секциями штампа.

Практическая ~значимость работы заключается в разработке технологических основ дифференциальной штамповки заготовок длинноосных деталей, а именно: , .

- разработана методика расчета размеров исходной мерной заготовки, числа и размеров секций штампа;

- разработана методике расчета режимов штамповки, обеспечивающих протекание сверхпластической деформации в объеме 'заготовки;

. - разработан пакет прикладных программ для ЭВМ, обеспечиваний автоматизацию технологических расчетов;

- разработан способ дифференциальной штамповки заготовок лопаток с антивибрационней полкой;

- разработаны конструкции универсальных штамповых блоков (пакетов);

-'г.сслеловг.ны структура и свойства лопаток, изготовленных г.о новой техкелогик;

- дани рекомендации по разработке типопого технологического процесса дифференциальной- гатомтовки япготопок лопаток в условиях СПСрХНЛЛСТИЧНОСТИ.

Дптюбация работы. Основные рояультяти диссертации докладывались ия ппупго-гехпкчсском ссмкнаре "Пошжппе пффектпшюсти горячсштщ.шопо^нлго проипводсгвя" в г. Челябинске в К39 году, па III яручло-техитезскоЯ яонфзрвннип коледис спстмливтов "Творчество молодо»« .1 решении подач сопара'сист^опг-ния технологии и оборудования" в г. Уфе в 1СВ9 году, на Всесоюзной кошферск-пии "Побью технологии и робототохкичсскио копплексн при проип-водстве авиационной техники" в г. Харькове и И-СО году. Разработанная технология демонстрировалась па ВД1Х СССР п 1СС0 году и награждено. серебряной медалью ДЦ11Х СССР.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано четыре печатных работы, получено три авторских свидетельства на изобретения и написано два отчета о научно-исследовательской работе.

Структура н объем диссертации. Диссертация состоит нп введения, восьми глав, общих пыгодов, списка литорптури и приложения. Работа ипло/гена нп 178 страница* клатюписного текст, содержит 39 рисунков, 12 таблиц, список литературы ип 100 наименований и приложения нп 17 страницах, всего 195 страниц.

2. (адЙгКЛШЁ РАБОТУ

2.1. Состояние воптоса и падсчи исследования

Явление сверхпластичности металлов к сплавов является перспективной основой интенсификации технологии обработки ме-геллов пг-слегшем. Однако, кек иогхпгл опыт разработки и применения п промышленности технологии на баяе .свсрхпластичиости, использование. отэго ."замечательного явления .в трздипионмлс процессах (схемах) обгемнор штамповки является малоп^ективннм. Дело в тог.?, что в грп.ии''иош-:их процессах, к&г правило, окпан-веется ревоетсб^ова.ннь« основное своГство ¡/»твляоп в атом состоянии - практически неограниченная технологическая пластичность. Услояде,»гечественисго фегкообрг.сосания поковок сложней геои«?глчёско? £ор<ч-" пк/туэг юобхо.т^'ссть гкогоя'гглуол-ноегк чгьмпош'и. Логтсг; л-<г г.-%е:<т;:г-ного исп<5яь',о«>'-ния сп'.-рх-

пластичности в технологии металлообработки необходима разработал принципиально новых схем пластического формообразования, ко- -торые позволяли бы в полной мере испольоовать основные особенности сверхпластической деформации' - высокую пластичность при калом сопротивлении деформации.

Пп кафедре обработки металлов давлением Уфимского авиационного института было предложена технологическая схема дифференциального деформирования, основной сутью которой является совмещение в одном штампе операций профилирования и штамповки. Достигается это за счет использования штампа закрытого типа, мерной заготовки с определенным соотношением диаметра и длины, определенного места ее укладки в'ручье, локального и программируемого воздействия па заготовку отдельными частями верхнего штампа. Данные существенные отличия предложенной схемы обеспечивают и ее основное достоинство — возможность активного управления потоками металла в ручье, а, следовательно, пластическим формообразованием поковки. •

Нетрудно понять, что данная схема в сочетании со сверхплас-тическпм состоянием обрабатываемого материала может существенно интенсифицировать технологию изготовления' заготовок длннноосных' ■ деталей с резкими перепадами площадей поперечных сечений по длине и расширить область эффективного использования сверхплас--тичности.

Один из возможных вариантов схемы дифференциальной штамповки заготовок лопаток приведен на рис Л. Схема иллюстрирует суть дифференциальной штамповки и особенности конструкции штампа. Видно, что верхняя половина штампа разбивается на несколько частей 1-4. Мерная заготовка 5 диаметром и длиной L укладывается в ручей-в область полки лопатки. Формообразование осуществляется нажатием отдельными чвстями верхнего штампа, в данном случг.е в прямой последовательности. При этом штамповка чпсти заготовки в размер, например, частью 2, сопровогщаегся профилированием соседнего объема заготовки под деформирование частьюЗ. Профиль заготовки, описываемый функцией дол- •

кон обеспечить качественное оформление, антивибрационной полки " лопатки шириной С при деформировании частью 3. •

Нетрудно понять, что традиционные методы расчета исходной сагогорки, числа переходов штамповки, базирующиеся на построе-ш'и расчетной заготовки и принципы конструирования штампов,

Рис./.Схема дифференциальной. шгампоВки заготоЬок лопаток,

здесь не работают. Поэтому для разработки технологии дифференциальной штамповки заготовок • длинноосных деталей и ее внедрения в производство необходима разработка основ теории и технологии дифференциальной штамповки.

В этой связи,-с целью интенсификации технологии изготовле- • ния заготовок лопаток в данной работе были поставлены и решены следующие задачи:

-разработка схемы дифференциальной штамповки заготовок лопаток ;

• -исследование макродеформации заготовки при дифференциальной штамповке заготовок лопаток и разработка математической модели макродеформации;.

-теоретическое исследование напряженно-деформированного состояния при дифференциальной штамповке заготовок лопаток и вывод зависимости для расчета усилий деформирования отдельными секциями штампа; .-исследование условий качественного формообразования заготовок лопаток с антивибрационной полкой; : -разработка конструкций штамповых блоков (пакетов) для проведения процесса штамповки; . , -исследование макроструктуры, микроструктуры, механических и эксплуатационных свойств лопаток из титанового сплава ВТЗ-1, полученных дифференциальной штамповкой в условиях сверхпластичности;

-разработка элементов системы автоматизированного проектирования технологии дифференциальной штамповки; -определение экономической эффективности новой технологии.

2.2. Экспериментальные исследования

Экспериментальные исследования были проведены с целью выявления особенностей макродеформации, как при воздействии секции на исходную цилиндрическую заготовку, так и при воздействии на предварительно профилированную заготовку.

Для этого использовали цилиндрические образцы из технически чистого свинца, с отношением длины к диаметру из интервала, О,З»-?,Г. Диаметр не превышал 40 мы. Использовали образцы с трапе-цевщным продольны! сечением, шириной 40 мм, с отношением дли-г-нк к лпрпне из интервала, 0,3+3 с углом профиля (С (Гз+Зс0).

. Конечная высота деформировании* образцов составляла (Г)*-10) мм.

При исследовании характера'течения металла в полку использовали образцы с длиной интервале 0,5*-3 В, где В - ширина ручья штампа, рапная 40 мм, с отношением С/Но ил интервала (0,2f4), где с - размер полки у се основания, К0 - начальная высота профиля (см. рис. I). Обжатие осуществляли'в опытном штампе бел специально вводимой смазки.

Исследования показали, что при деформировании исходной цилиндрической заготовки, характеризующейся Ь^Ф и ,

наблюдаются дне стадии деформации. Плмщеиие, продолжающееся до соприкосновения с боковой поверхностью ручья штампа, и выдавливание металла вдоль ручья штампа. Макродсформяния на обоих стадиях близка к плоской. По результатом данной части исследований построена дилграммп, позволяющая рпсстггшоть минимпль-ную длину секции, воздействующей на исходную заготовку, при которой происходит полное заполнение углов ручья штампа■ с после-дущга наступлением стадии оыдевливянил металла вдоль ручья. Установлено, что с увеличенном объема исходной заготовки и уменьшением длины секции, рассчитываемой по полученной диаграмме, крутизна выдавленного профиля металла увеличиппется, а протяженность уменьшается.

Установлено также, что с увеличением крутизны (угла d ) исходного профиля металла, крутизна и протяженность получаемого профиля при неизменной длине секции увеличиваются. Очаг пластической деформации охватывает объем части эяготошеи, находящейся под контактной поверхностью заготовки и секции. Течение металла. в сторону предшествующей секции в течении всего процесса деформирования заготовки отсутствует.

Установлено, что при формообразовании Антивибрационной полки возможно образование утяжины в полку. Гп основании результатов исследования, разработана рекомендация, касатдляся .толщины (см. рис. I) t исходного профиля металла в области полки с размером С ( ), при гшолнонии которой

утяжинв не образуется.

Показано, что при яг полнении поит имеет место поверхность раздела течения металла, попемещп тряся к полке. Чем больше длина секции, формообразующей ентивибр.-ционнуи полку, гам дальше от полки нтодится ппряотшгдьтс положение поверхности раздела течения. О упсли"г.н1'.о\" толгл'нн профиля г.энолнени'4 полки,

при неизменных: длине секции и обкатии заготовки, увеличивается.

Микроструктурный анализ заготовок лопаток из ВТЗ-1, полученных дифференциальной штамповкой показал, что микроструктура пера мелкозернистая, глобулйрнея, соответствует 2*3 типу по * , ' 9-ти тнпной шкале микроструктур ВИАМ для двухфазных титановых сплрбов. Макроструктура пера лопаток матовая, без видимого зерна, на хвостовиках макрозерно соответствует 2 баллу 10-ти бальной шкалы макроструктур. Макроструктура свидетельствует о равномерности деформации в поперечных сечениях заготовки лопатки. Термообработка полученных лопаток проводилась по традиционному для штамповки в условиях сверхпластичности, режиму: нагрев до Т = 530°С; выдержка 2 часа; охлаждение на воздухе. Механические свойств полученных лопаток превышают свойства заготовок лопаток, полученных по серийной технологии.

2.3. Теоретические исследования процесса циффе-. ренциаль'ной штамповки заготовок лопаток

Основной задачей теоретического описания макродеформации -зеготовки при дифференциальной птамповке является описание геометрии выдавливаемого материала (профиля)' из-под секцией штампа' . в функции размеров исходной цилиндрической заготовки и размеров секций. Так как при деформировании второй и последующими секциями штампа они воздействуют уже на профилированный участок заготовки, то данное описание должно учитывать и геометрические параметры профиля, сформированного предшествующей секциёй.

При плоском макротечении закон постоянства объема вырождается в условие постоянства площади продольного сечения деформируемой заготовки. Это позволяет записать дифференциальное уравнение для функции ¿¿(Я) (см. рис.1), описывающей профиль, выдавленный из-под первой секцией штампа

ииа)

где иЯ - бесконечно малое перемещение секции штампа, - длина секции штампа за вычетом длины хвостовике (см. рис.1), Я -- текущая высота профиля, сСР - длина выдавленного профиля при перемещении секции на ¿¿/I . Решение уравнения (I) при начальном условии Я = 0, при Я.-Д-«. где - конечная высота заготовки воц первой секцией имеет виц

и •.да/' „ л ./

гае п. изменяется от ¡¡¡¿¡^ Д° пм ,(0и1 - размеры

исходной заготовки, - длина заготовки за вычетом длины хвос-(

' торикр., В - ширина ручья итомле. .

Дифференциальное уравнение для функции, описнбрглцсР. профиль яетолла, выдавпенны? чп-поз второй и послеДувп^ях сскцкй, имеет вид (см. рис. I)

)с*л = ые • о)

¡1

где (-й - длина второй секции штампа,^--

- переменная длина контактной поверхности второй секция штампа с профилем.

Решая уравнение (3) относительно НУ с использовании.' начального условия при п. - , получаем

¡1,кг ' -

При этом Я изменяется от а г = и.;:-* ( /--г11-0 до ?1х1 . гае Гц.-г конечная высота заготовки поп второй секцией.

Сравнение ^ссротичзсшо; профидгй ?оготот»отг, рпс^ггашгс по уравнениям (2) и (4) с полуташ:--:;; гкспзрккзнтвльно, тич^г.-ло их хорошее совпадение.

Максимальное отклонение высоты теоретического профиля, в сторону превышения от экспериментального, имело место в случае сформирования исходной цилиндрической заготовки и не превышало по величине 4%. Причем максимум отклонения распологался блика к торцу, выдавливаемого профиля,' что объясняется влиянием сил трения в сочетании со свободной поверхностью металла (торцем).

■ Исследование нппряженно-дсфсриировятого состояния лаготоркг (рис. 2) проводили при допущениях:

- материал.заготовки изотропен,, однороден, жасткоплястичен;

- очег дефор?:ацш представляли совокупностью частей, в каждой из которых допускали плоское деформированное состояние.

Систем? урявнений зедрчи вклэтчзет едчдуячге уравнения. Физическое .^равненш' еэертш>етк«ееко)? деформации мелго-криетялл1'тоеск()го мятернрлр, полученное Грот-гозиг В.М.:

где С - сопротивление,деформации,.' Д. - постоянная Еопь":",нр, ~р '_ температур" рс^уо чгя • *К , с£ - линейный гз.з—

мер зерна; £ - скорость дрфер'.""и'.'? В ; - чгеяргна«: постоян-

•1ГТ0—~

Рц с. 2 иссле дуе мая сосем а:

1-загото6т;2-сеяиид штампа:3-матрица; ¿¡-рамкс^н- & черта заготоЗни; шири на Шгатобки.

■нря; £1 - атомный объем, uf - ширина границы парен; - коэффициент. зерно гргнич'йой диффузии; М' - усредненный фактор ориентировки (фактор Шмид&) для супер,дислокаций (кристаллитонов), определяющих сверхпластнческое течение; ju' - коэффициент имеющий значение о интервале ICT^-flO-®; G - модуль сдвига;.

- плотность супер,дислокаций, зависящая от скорости деформации.

Дифференциальные уравнения равновесия:

|gf=0, -(5) •

где 6Jс - напряжение, дейстщпощее по направлении оси Xj , на площадке, нормаль к которой параллельна оси и К прини-

мают значения I v 2. Уравнение связи:

. (7)

где ö"o - гидростатическое давление, Si - интенсивность скорости деформации, 6$ - сопротивление деформации материала при интенсивности скорости дефорюкки ё-i , определяемое по физическому уравнению,' - скорость деформации по напрппле-ни»1 координатной оси -X'j , в площадке, нормаль к которой параллельна оси JCf- .

Условие несгибаемости:

''■M+iй=0, ' (В).

где Ii и - скорости течения, материала соответственно по направление координатных осей OCf и ОСг ,

Принятое кинематически возможное поле скоростей течения: -

U-t=2Znjf(f- ^fa-^J }Xi t . (е)

где V - скорость деформирования, И ~ рнсотя заготовки,

L - ллнта секции, •. . CLm- м-нмй. безразмерный коэффипкент, опреле.тчт^мый зкепер^/ентально.

Кгненятическое гранитное условие: 1Гг = -7Г (10)

при X't - W/2 U

Условие:

• (И)

при Хх=- Н/2. и ЭСг - •

Полосу (рис. 2) мысленно разбиваем на совокупность пластин, параллельны* плоскости О , в пределах каздой из которой допускаем плоское деформированное состояние и для каждой из них определяем экспериментальным путем, коеффициент СХ.щ , характеризующий поле скорооти течения (9). Ка границах пластин допускаем разрывы скоростей.

Решение системы уравнений задачи имеет вид:

Усилие штамповки'(для отдельной секции) определяем как:'

' 11,1

где Р - усилие штамповки, - среднее значение интен-

сивности скорости деформации по объему заготовки.

Из уравнений (12) и (13) видно, что скорости дефорлации имеют наибольшие значения в области, граничащей с недеформируе-ыой зоной в центральных слоях, ото и понятно,.ибо в перефврийных слоях цесоригщия затруднена нз-за влиянш контактного трения. Из анализа уравнения (14) следует, что вблизи плоскости

= Л , существует зона действия растягивающего гидростатического давления, не превышающего предела текучести материала.

По полученной зависимости (17) проводили расчет усилий деформирования для отдельных: секций штампа, для двух заготовок' лопаток. .•

Сравнение расчетных значений усилий и экспериментальных показало, что расчетные значения превышают экспериментальные не более чем на 15%.

На основе полученных вгвтой части исследований результатов была разработана методика расчета и выбора режимов штамповки (усилия пресса, скорости деформирования), обеспечивающих протекание сверхпластической деформации в объеме заготовки.

Исследование условий качественного формообразования антивибрационной полки проводили при допущениях:

-материал заготовки изотропен, .однороден, жесткопластичен; - течение металла плоское' без уширения; очаг пластической деформации представляли в виде двух пластических областей, разграниченных поверхностью раздела течения материала (область обратнего выдавливания в полку и область осадки полосы без уширения).:

Силовым условием течения металла в полку является превалировали! сопротивления истечению металла из очага деформации { в сторону последующей секции) в околополочной области над сопротивлением истечению металла в полку на ходе секции { Ио-Нк ), где Нр и Иц —. соответственно навальная и конечная высоты профиля, . г.е. " ♦

0.хъ0.% (18)

Указанные сопротивления предопределяют контактные давления и зависят от геометрии полки, секции, величины обжатия профиля, условий трения. Поэтому сопротивления истечению для начала заполнения полки и конца заполнения оцениваем косвенно через контактные давления в предполочной рбласти.

Всякому моменту времени, входе процесса заполнения, соответствует в предполочной области (т.А см, рис. 3) контактное давле-.ние, характеризующее О.¡> и равное: •

р^рЦр», (19)

где р'-СОП&Ь - контактное давление, соответствующее началу течения металла в полку, равное, согласно литературным данным - Я, о} » Р~ прирост давления, соответствующий мере заполнения

Рис.3 Схема рорнооБразобания анти.Ви$рпииониоа полки.: - г

/-фориоо§разующая секция; ¿-заготоВ/са; З-матрица. ; 4-П-реди/естЗующая секция.

полки, вычисляемый как: /•> — __(¿Ф? , N

5г - размер полки; - текущий размер полки, изменяющийся в интервале, (см. рис. 3); оС -угол, характери-

зующий полку; коэффициент трения по отношению к пределу

текучести при сдвиге, Используя уравнение (15) для р ; харак-териузющего записываем:

где 6- - длина участка секдии, формообразующей антивибрационную полку. - •

Из уравнений (19) и (20) для £ получаем (силовое условие):

г*ш.)

Если фактическая длина ' осаживаемой части заготовки равна или больше, расчетной (формула 21), выдавливание полки будет происходить, если меньше, то выдавливание происходить не будет. При длине осаживаемой чести заготовки равной расчетной €■ по уравнению (21), линия (поверхность) раздела течения металла находится к концу заполнения полки в предполочной области ( в т. А рис. 3).

Условие достаточности объема металла профиля (кинематическое условие) для заполнения полки заключается в следующем.

Если объем металла профиля Ур. , расположенный левее ( в ' направлении к полке) первоначального положения поверхности раздела течения металла и расходуемый на формирование полки не меньше объема полки , то последняя, при выполнении условия (21) заполнится.

Vp^V„ (22)

где , V' - объем металла расходуемый на заполнение

полки и расположенный в околополочной области (области выдавливания, куда не доходит поверхность раздела течения металла), равный V'— а^С) 'В , что следует из геометрического рассмотрения начала заполнения полки, V" - объем металла, перемещенного от подвижной поверхности (плоскости) раздела течения металла в полку, длина секции, £ - длина участка

секции (см. рис. 3),

, (I - внсота полки.

Допуская, что давление в т. А не.растает по ликерной зависимости от р' до Ср'-+ Р") • £ давление в т. Б остается неизменна и равньчл , по мере заполнения полки, для V" в соответствии с теорией плоского течения тонкого пластического елоя, получаем:

^оЦМ*1•(гз>

где - функция, определяющая положение линии раздела тече-

ния металла. -

Из уравнения (22) после подстановки в него (23) получаем кинематическое условна в виде:

'где ^¿м-^ (см. рис.3).

Полученные уравнения (21) и (24) позволяют для конкретной полки, т.е. конкретных рассчитать профиль металла'

Н0 и длину секции штампа, формообр&э.уицей полку.

2.4. Разработка конструкций универсальных штамповых блоков (пакетов)

' К конструкциям штамповых блоков (пакетов) для' проведения •. процесса дифференциальной штамповки, предъявлялись, при их разработке, следующие требования:

1. Блоки должны обеспечивать независимое воздействие сек- , ций штампа на заготовку. .. •

2. В конструкциях блоков должна'быть заложена возможность изменения программы воздействия на заготовку.

3. Должен обеспечиваться нагрев фор/ообразущих элементов штемпа до температуры' штамповки. .'.•■'' '.'..4. Должна обеспечиваться, изоляция частей пресса и окружающего пространства от воздействия высоких"температур.

" . 5. Заготовка лопатки должна: освобождаться от элементов" штампа без коробления.. :

6. Производительность блоков должна быть на уровне производительности существующего куонечно-прессового оборудования.

7. В конструкциях должна быть заложена возможность быстрой переналадки для штамповки другой детали.

Принципиальная кинематическая схема одного ( из двух) из блоков представлена на рис, 4. Блок включает верхнюю I и нижнюю 5 опорные плиты. К верхней плите, посредством шарниров (подшипников сколылопил) и двухзвенииков 2 крепятся независимые штамповке секции 3, направляющиеся элементом 9. Па нижней опорной плите 5 крепятся: матрицу 4, рамка 0, индуктор 7. Горизонтальные плечи двухзсэкнпков 2 опираются на плиты 1.2, установленные па боковой опорной плите II. Штамповка осуществляется за, один рабочий ход гидропресса. Это достигается за счет выполнения связей секций штампа с .подвижной траверсой пресса в виде двухзвен-ников, кинематика движения которых 'задается посредством боковых программных плит 12,.

Еее элементы штампового блока,'которые находятся в высокотемпературной зоне при штампоке, изготовлены из наропрочного сплава на никелевой основе 1С5-У.

■2.5. Практическое использование и перспективы применения

На основе анализа и обобщения результатов теоретического и экспериментального исследований разработана методика расчета и элементы САПР технологии дифференциальной штамповки.

Для Уфимского моторостроительного производственного объединения была разработана и опробована технология дифференциальной штамповки заготовок лопаток.компрессора в условиях сверхпластичности, которая предусматривает устранение технологических операций предварительного профилирования заготовки, повышение КИМа на 40+50/$ (для лопатки с двумя хвостовиками), сокращение трудоемкости на 2С$, снижение себестоимости лопаток на I0*I5?S. Годовой экономический эффект при внедрении составит 20.9 тыс. рублей.

-IB - ■

/

PucA

Принципиальная схема штампопого блока со складыЬающимиср дбухзвенниками.

3. ОБЩИЕ вивсда

1. Показано, что дифференциальная штамповка является способом, позволяющим-за одни технологический переход получать заготовки деталей сложной конфигурации из исходных заготовок простой цилиндрической формы. При этом важное значение имеют соотношения размеров исходной заготовки, число и размеры секций штампа, способ укладки заготовки в штемп и программа силового воздействия на заготовку.

2.Разработан способ дифференциельной штамповки заготовок лопаток, позволяющий интенсифицировать технология изготовления заготовок лопаток посредством исключения многооперационности, повышения КИМ и снижения общих издержек производства.

3. По результатам исслеповения макродеформации заготовки' разработана математическая модель макродеформации. Модель реализована на ЭВМ, и позволяет рассчитывать размеры исходной заготовки, Число и размеры секций штампа, промежуточные формы заготовки в процессе деформирования и тем самым позволяет прогнозировать качественное формообразование поковки.

4. Проведвно исследование напряженно-деформированного состояния заготовки и получена зависимость для расчета усилия штамповки. Результаты расчета усилия удовлетворительно согласуются

с данными экспериментальных замеров, что является основанием для применения полученной зависимости при выборе усилия пресса.

5. Получены условия формообразования типового элемента заготовок - ребра, и зависимость для расчета длины секции, формообразующей антивибрационную полку заготовки лопатки.

6. Разработаны конструкции универсальных штамповых блоков (пакетов) для дифференциальной штамповки заготовок лопаток с возможностью их установки на универсальное кузнечно-прессовое оборудование. Эксплуатации одного из блоков показала, что при этом обеспечивается равномерное температурное поле в зоне штамповки, возможна быстрая перенастройка его для штамповки других деталей, удаление заготовки лопатки из штампа без ее коробления,обеспечивается надежная защита деталей пресса и окружающего пространства от нагрева.

7. Проведено исследование комплекса механических и эксплуатационных свойств лопаток из сплава ВТЗ-1, полученных по новой технологии. Разработанная технология позволяет улучшить свойства.

8. На основе полученных экспериментальных и теоретических результатов и с целью разработки процесса штшповки разработана

методика расчета технологии дифференциальной штамповки заготовок лопвток в условиях сверхпластичности.

9. Разработан и опробован на одном из предприятий МАП технологический процесс дифференциальной ктамповки заготовок лопаток ротора и статора компрессора в условиях сверхпластичности. Процесс обеспечивает повышение КИМа на 40:50$ сокращение трудоемкости на 20$, снижение себестоимости лопатог; па 10+15/5. Годовой экономический эффект составит, при шецрепип 20,9 тыс.рублей.

• Основнее содержание диссертации опубликовано в работах

1. Исследование и разработка технологии однопереходной дифференциальной штамповки заготовок лопаток. Уфа, 1987, Отчет НИР, № г.регистрации 01850040487, Инв.№10288.0044721.

2. Гретнов В.М., Боткин A.B., Андреев Ю.Г., Ермаченко А.Г. Штамп, для дифференциальной штамповки удлиненных изделий. Авт. свид. СССР 1ЯШ588 от 1.08.88г.

3. Грешнов В.М,, Боткин A.B., Гурков A.A., Семаков М.А. Дифференциальная щтамповка - новая технология изготовления заготовок лопаток турбин и. компресеоров, Тезисы доклада на научно-техническом семинаре "Повышение эффективности горя-чештамповочного производства", Челябинск, 1989, с.21,

4. Грешнов В.М., Боткин A.B., Напряженно-деформированное состояние заготовки при дифференциальной штамповке лопаток турбин

и компрессоров. Тезисы, докладов третьей научно-технической конференции молодых специалистов "Творчество молодежи в ре-пении задач совершенствования технологии и оборудования", Уфа, 1989, с.45^ •5. Грешнов В.М., Боткин A.B., Струков А.Н. Дифференциальная штамповка заготовок лопаток ГТД из титановых сплавов. Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Новые технологии и робото-технические комплексы при производстве авиационной техники", - Харьков, 1990, сЛ83-185.

6. Грешнов В.М., Боткин A.B., Аликин В,А., Гурков A.A., Семаков М.А. Штамп для дифференциальной штамповки удлиненных изделий. Авт. свид. СССР М568355 от 1.02.90.

7. Дифференциальная штамповка заготовок лопаток ГТД. В.М.Грешнов, А.В.Боткин, А.А.Гурков, В.Д.Яковлев, М.А.Семаков,

А.Н.Струков. Авиационная промышленность, №12, 1990, с.14-18.

8. Грешнов В.М., Боткин A.B. Способ дифференциальной штамповки , заготовок лопаток с антивибрационной полкой. Авт. свид.

СССР »1660299 от 1.03.91.

9. Отработка и внедрение однопереходной дифференциальной штамповки лопаток. Уфа, I9SI, Отчет НИР, № г.регистрации 0I9I005068I, ннв.N¡02910050236.