автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Исследование, разработка и освоение прогрессивной технологии изготовления поковок компрессорных лопаток из титановых сплавов

УРАЛЬСК ОГДЕНА Т РУДО 50 П) КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПШГГЕХЙГгКСКЙЙ ' ИНСТИТУТ им. С.М.КИРОВА

Для служебного пользования Экз. •? 30 На правах рукописи

Волков Владимир Анатольевич

ИССЛЕДОВАНИЕ, РАЗРАБОТКА И ОСВОЕНИЕ ПРОГРЕССИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОКОВОК КОМПРЕССОРНЫХ ЛОПАТОК КЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ .

Специальность 05.16.05 - Обработка металлов давлением

Автореферат диссертации на соискание учёной степени • кандидата технических наук

СвердлоЕся - 1991

Работа Еыполнена на кафедре обработки металлов давлением Уральского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института иы. С.М.Кирова и Верхнесалдинском металлургическом производственном объединении им. В.И.Ленина.

Научный руководитель - Заслуженный деятель науки и техники

РСФСР, профессор, доктор технических наук СМИРНОВ В.К.

Официальные оппоненты:

- профессор, доктор технических наук ГОТЛИБ Б.М.;

- ст. научный сотрудник, кандидат технических наук ДЯДШ В.Б.

Ведущее предприятие - Запорожское производственное объединение "Моторостроитель" иы. 50-летия Октябрьской социалистической револвции.

'Защита диссертации состоится " 3 » ирня_ 1991 г.

в 14-45 ч на заседании специализированного совета К 063.14.02 по присуждению ученой степени кандидата технических наук металлургического факультета Уральского политехнического института иы. С.М.Кирова (грзтий учебный корпус, ауд. Ыг-421).

Ваш отзыв, скрепленный печатью организации, просим налравить по адресу: 620002, г. Свердловск, К-2, УПИ иы. С.М.КироЕа, ученому секретера совета института, тел. 44-85-74.

Автореферат разослан * 30 * 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

Мт^иМу О.И.ЫШРИЦКИй

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

/ гстуальность работы. Основными направлениями экономического и социального развития СССР на период до 2000 года определены задачи ю экономии материалов, улучшению качества продукции авиационной зроишленности. Поэтому разработка новых металлосберегапщих техно-югий производства титановых полуфабрикатов, к которым относятся фупногабаритные поковки лопаток газотурбинных двигателей [ОСТ 1.90002-85), на основе научно обоснованных методов расчета технологических параметров обработки является актуальной задачей.

Работа выполнена35 в соответствии с Постановлением Совмина СССР ? 685-209 от 22.07.85 г.. ЦелеЕОй Комплексной научно-технической зрограммой "Развитие авиационной металлургии до 2000 года", про — эеммой "Авиационная технология" Минвуза РСФСР и планами новой тех-ткк Министерства аЕиационной промшлонности СССР.

Цель работы. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработать методики расчета технологических параметров 1роцессов. профилирования заготовок лопаток на автоматизированных соеоч1шх вальцах и горизонтально-ковочных машинах (ГКМ), штамповки юковок на гидроЕинтоЕых прессах (ГШ) и использовать "их для Енед-зения малоотходных технологий производства поковок лопаток из жаропрочных титановых сплавов.

Научная новизна. На основе применения вариационного принципа гинимума полной мощности разработана математическая модель процесса вальцовки по схеме плоский овал-плоский овал, позволявшая рассчитать деформационные, кинематические и энергосилоЕые параметры гальцоЕКи заготоЕок из титвноеых сплавов.

В результате статистической обработку данных экспермменталь-гого исследования установлены закономерности изменения сопротивле-

£ При научной консультации доцента, к.т.н. К.И.ЛитвиноЕа

ния деформации титэноеого сплава ВГЗ-I при многократном нагружении в зависимости от температуры, степени и скорости деформации, а такие от номера ступени нагруженик и продолжительности пауз. Получено ураьнение, с помощью которого можно определять сопротивление деформации в любоЕ момент многопереходной вальцоЕки заготовок.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработана методика. проектирования технологических процессов многопсрг-ходной Еальцовки заготовок из титановых сплаЕОЕ по схеме плоский овал-плоский овал. Усовершенствована методика расчета переходных участков при вальцовке заготовок по схеме круг-овал-круг. С учетом усоЕераенстЕОЕаний Еылу-цена отраслевая методика ЫР I.3.14-13-53 для проектирования процессов вальцовки с использованкеь: схемы круг--ОЕал-круг. Разработан способ высадки плоских голоеок на ГгК для последующей етампоеки покоеок, позволяемой для некоторых типоразмеров лопаток исключить из технологического процесса операция их плющения на ГШ. Обоснованы/новые технологические режимы двух- и трехстадпйкого д сформирования поковок на ГЕЛ, позволившие поеысить стабильность механических свойсте, снизить расход металла, исключить брак по короблении покоеок лопаток. ОоЕоение в серийном про-кзЕОДСТЕе 20 технологических процессов получения Етамповакных лопаток на ГШ к гидравлическое прессе (ГШ изотермического деформирования с предварительным профилированием заготовок на автоматизированных ковочных вальцах и ГКЫ позволило снизить расход металла на 263,6 т и получить экономический аффект в размере 1515 тыс.рублей. Долевой эффект автора диссертации составляет 265,1 тыс.рублей.

На зациту ешосятся следующие основные положения:

- математическая модель процесса вальцоЕки заготовок по схеме плоский овал-плоский овал, разработанная на осноЕе применения вариационного принципа минимума полной мощности;

- закономерности изменения сопротивления деформации при однократной и дробной деформации заготовок из титэноеых сплаЕОв;

- усовершенствованная методика расчета формоизменения иетал-лри ЕальцоЕхе заготовок лопаток по схеме хруг-азал-круг;

- способ еусздки стеряневоЯ загстоЕкп на ГНИ для последующей агловки замкоЕых частей поковок сложной формы;

- ноЕиз рациональные технологические рехимы вальцовки, видки и штамповки поковок лопаток, разработанные на основе полу-нных методик и экспериментальных исследований.

Апробация работы. Основные положения работы были доложены и Осуждены на 8-й научно-технической конференции Уральского поли-¡хнического института им. С.М.Кирова "Повьшение эффективности споров получения металлов и сплавов, создание ноеых материалов, тех->логий и машин, улучшение качества металлопродукции", Свердловск, 3S8 г.; Всесоюзной научно-технической конференции "НоЕые техноло-псскае процессы прокатки как средство интенсификации произгод-ГЕа и покьшекия качества продукции", Челябинск, 1989 г.; Зокаль-зй научно-практической конференции "Достижения и перспективы приме-эния обработки металлов давлением в машиностроении", Курган, 1984 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных ра-эт, получено 5 авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введе-ия, 4 глав, заключения, изложена на 115 страницах машинописного екста, содержит 19 таблиц, 88 иллюстраций, 7 приложений, библио-рафический список, еклпчэкций 117 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ I. Состояние вопроса и задачи исследования

Крупногабаритные поковки лопаток ГТД (ОСТ 1.90002-86 и 'Р 70-13-77) изгставливеат из титановых сплавов BT3-I, ВТ8, ЕГ9, >Т20, ВТ22, 0Т4 и др. горячий деформированием на молотах, еинто-;ых и гидравлических прессах.

Предварительное профилировыше заготово:: перед етсулсекой осуществляется на ПС.!, олептрег-ездочкзх истинах, ковочных вальцах, прокатных станах, гидропрессах. Обзор литературных источнике показал, что целесообразной для получения тонких покоеок крупно« баритных лопаток шеокого качества является организация производства по схеме: профилирование заготовок лопаток на ковочных вальцах и ГКМ, штачповка поковок на гидравлических к винтовых прессах В сеязи с этим на B&fflO было организовано производство профилированных заготовок на автоматизированной линии, е ¡сличавшей ковочные вальцы модели ARV/S _2 с манипулятором, две ГКМ модели SM-9Q0. Все оборудование поставлено фирмой Eumuco (ФРГ). Для точной ктам-поеки поковок лопаток установлено три стакповочных модуля с гидре еинтоеыми прессами фирмы UassticíCffer (ФРГ) модели HSPRí для заготовительной и окончательной штамповки усилием 56 и 63 МН соот Естственно, а также для калибровки или прагки усилием 63 МН.

Обзор литературных данных предопределил содержание работы и решение комплексных задач, вклячащих разработку математической модели процесса вальцовки по схеме плоский овал-плоский овал и создание методики проектирования технологических процессов вальцовки по этой схеме, исследование сопротивления деформации при од нократной и дробной деформации заготовок из титановых сплавов, разработку нового способа высадки заготовок на ГКМ для последующей штамповки замковых частей поковок сложной формы, разработку и освоение новых металлосберегаицих тех".-логических процессов фасонирования заготовок на ковочных вальцах и ГКМ, а также точной штамповки поковок крупногабаритных лопаток на ГШ.

2. Исследование формоизменения и энергосилоЕых параметров при вальцовке заготовок лопаток

Для решения теоретической задачи определения формоизменения и энергосиловых параметров при ЕальцоЕке заготоЕок по схеме плос-

лй овал-плоский овал в гладких секторах-штампах (рис. I) принята зтодика, разработанная на кафедре обработки металлов давленизм ральского политехнического института. Эта методика, с помоцьэ ко-орой решен целый ряд задач по прокатке в калибрах, основана на рименении вариационного принципа минимума полной модности.

ч\ч\\\чч\\\\ч\

ШШк

}

, 6т*

„ 6т*

-Рис. I. Вальцовка, заготовки по схеме плоский овал-плоский овал

Принято, что деформируемый металл обладает свойствами жест-копластической среды, а фактический очаг деформации совпадает с геометрическим. Очаг деформации объемом V состоит из подконтакт-ной зоны А и боковой .»неконтактной зоны В. Поверхность этих зон описывается уравнениями Еида (1* = Ь.А(х) и Ь.&= (I8 (х,^).

В зоне А это уравнение определяется формой поверхности секторов-штампов. Во внеконтаятной зоне В поверхность заготовки описы-

Бается зависимостью, полученной с использованием результатов предварительного экспериментального исследования формы очага деформации

Для однозначного описания формы и размеров очага деформаци;; Еыбраш следующие безразмерные параметры: коэффициент обжатия 4-=-тг" ^ Ид = 21ц ); приведенный диаметр секторов-штампов

( D= 2R ); отношение сторон исходной заготовки а0= "fp

Но Q °

(Вгоо = 2бто); коэффициент уширеняя р = ^ ( ВГО1 =2бп,).

Форма и размеры очага деформации определяются следующими зависимостями: -

|msc_

р-Ср-Ох1],

8тт " к

h *Jx)

(I)

— ж ' - Я

х=£" и ^ = - соответственно безразмерные координаты вдоль осей X и и , = , h*(x,4l= - ,{ »Ь,

р _ i ß _

Kt,-

• к*

та

Приведенные зависи-

Ь, икв" Л, ' "то" И,

мости описывают геометрическую модель очага деформации с точностью

до одной неизвестной величины - коэффициента уширенкя р .

Поле скоростей течения металла ) определено с

учетом того, что на всей контактной поверхности происходит скольжение металла относительно секторов-штампов; выполняется условие постоянства секундных объемов металла, проходящих через любое поперечное сечение очага деформации; справедливо кинематическое контактное условие, согласно которому Еектор скорости скольжения металла относительно секторов-штампов лежит в плоскости, касательной к этой поверхности; справедливы гипотеза плоских сечений -41 =и

Л* ОС

и прямых вертикалей -и^ТУ^сс,^ ; скорость "О- линейно зависит от г- = 2. Скорость металла в сечении выхода заготовки из

экторов-Етампов = ТГ- ^ , где - окружная скорость вращения зктороЕ-шгакпов; ^ - коэффициент опережения. С учетом отмечен-ях положений поле скоростей течения металла определено с точностью э ДЕух неизвестных величин р и ^ .

Для определения неизвестных величин использовали вариационное равнение принципа минимума полной мощности

уравнение баланса могцностей

Ив, + Ч " " М« (3)

це - мо:цность внутренних сил; !{Ср - мощность сил среза;

,ск - мощность напряжений трения на скоростях скольжения; М» - под-

эдимая галками модность.

Указанные мощности равны:

V гс? ? ?

;есь - предел текучести металла на сдвиг; И - интенсивность хоростей деформации сдвига; и "и ~ - проекции скорости течения эталла на плоскость, касательную к поверхности среза , опрс-зленные с наружной и внутренней сторон этой поверхности; Ттр- на — жжение трения; "0ГСК - скорость скольжения металла относительно зктороЕ-штампов по контактной поверхности Р . Напряжение трения ринято постоянным по Есей контактной поверхности и равным ф 'С , *е 1}> - показатель трения.

Для решения системы уравнений (2) и (3) численным-методом на 3!« был разработан алгоритм и программа, с помоцыз которой при ¿бранном значении исходных безразмерных параметров можно рассчи-5.ть коэффициенты уширения р и опережения ^ , а по ним опряде-1ть характеристики формоизменения и энергосиловые параметры. Зная зэффициент опережения ^ , можно найти опережение металла .

«.к"

- 10 -

В результате обработки данных расчетов на ЭВМ получены аппроксимируюсь формулы для определения: - коэффициента уширения

(5

>=Ь0,09ао^| - + 0,01 А ;

- коэффициента вытяжки

VI ; а,

- опережения металла

- усилия вальцовки Р и контактного давления р

Р= Р?, р= М56пе , (7

где б - сопротивление деформации; П.§ - коэффициент напряженного состояния,

ч6 М-М.МСХ-О; (б

- крутящего момента Еальцовки

м6 = одтэн^б, (9

где 4

а6 = (0>П + 0.32аоХ0.П^ 0.006А); (1

- площади контактной поверхности

р « вк.ср Е ,

(I

где длина очага деформации

С,^СН.-Н"03>. ; а

2

средняя ширина контактной поверхности

- II -

С целью проверки достоверности полученных формул выполнено экспериментальное исследование процесса вальцовки заготовок из титанов!«: сплавов. Значения исходных параметров были выбраны в соответствии с реальным диапазоном их изменения в производственных условиях и составили: « 1,19...2,07; А - 8,0...26,1; ч ц

ав » 1,21...3.42. При этом ■ изменялось в пределах 0,42...0,82.

Ото

Эксперименты проводили на лабораторном стане с диаметром сек-горОЕ-штампов 145 мм. Вальцовку заготовок из сплава БТЗ-1 осущест-зляли без смазки. Температура нагрева заготовок была 975 °С С тем-1ература полного полиморфного превращения Тп>п< = 980 °С), а с учетом падения температуры перед вальцовкой - снижалась до 930 °С.

В результате установлено, что полученные формулы обладают 'ост«точно высокой точностью и могут быть использованы в иняенер-шх расчетах калибровок секторов-птампов для профилирования заголовок.

В диссертации установлены закономерности изменения коэффи-гиентоЕ улирения и опережения, контактного давления и крутящего юмента вальцовки в зависимости от исходных параметров вальцовки.

3. Экспериментальное исследование сопротивления деформации высоколегированных титановых сплавов

Сопротивление деформации титановых сплавов ВТЗ-1, ВТ5-1, ¡Т6, ВТ8, ВТ20, ВТ22 и ВТ23 изучали в широком диапазоне изменения емпэратуры, степени и скорости деформации, соответствующем усло-илм горячей обработки заготовок на ковочных Еальцах, ГШ и штам-овке поковок на ГШ.

Исследование проводили на пластометре Уральского отделения Н СССР. Использовали образцы из катаных прутков без термообработ-и.

Качественно кривые упрочнения § = •£(&) совпадают с известными анными других авторов. Кривые деформационного упрочнения имеют

видр характерный для титановых сплавов с максимумом. В интервале температур 750...850 °С наблюдается интенсивное разупрочнение при увеличении степени деформации, которое снижается при поЕыаении температуры обработки. Опытные данные аппроксиь'ироЕаны зависимостью учитывающей совместное Елиянке на сопротивление деформации температуры Т » степени £ и скорости деформации Ё, :

5= а0 , КПа, (14)

где а0.....- числовые коэффициенты, зависящие от и арки материала.

Для сплава В18 исследогано влияние на величину 5 различной структуры: пластинчатой со значительными размерами первичных р -зерен после отжига ( Т » 1100 °С, вьдержка 1ч, охлаждение на воздухе) и в состоянии поставки - глобулярной формы частиц (к -фазы с элементами структуры корзиночного плетения. Можно отметить, что во всем диапазоне изменения скорости деформации ¡» * 4,1...60 гри Тдеф^ •'п.п. с0ПР0*у<Е:1е1ше Деформации образцов, прояедлих термообработку, выае, чек у образцов без предварительной термообра ботки, особенно е начальный период деформации (при малых значениях Разупрочнение термообработакных образцов при увеличении степени деформаций Происходит интенсивнее.

Учитывая, что заготовительная фаза обработки заготовок представляет многократное (дробное) деформирование на ковочных вальцах и ГКМ, было Доведено исследование сопротивления деформации при дробном нагружекии. Испытания проведены ДЛЯ наиболее распространенного при производстве покоеок лоПйТок жаропрочного сплаЕа ВТ3-1 е диапазоне изменения ТёмйбраТуры Т «= 880...980 °С, степени деформации & ■ 0,2«..0,4 (на каждой из 3 ступеней обжатия), скс рости деформации ^ = 9,0...60

В результате сравнения кривых упрочнения при дробном и непрерывном нагруженкях сделан еыеод о том, что динамическое разупрочш

нме и тепловой эффект деформации оказывают значительно меньшее влияние при дробной деформации, чем при непрерывной из-за незначительной величины деформации при дробном нагружении. Разупрочнение е паузах происходит достаточно интенсивно в первые 0,5 с, а затем протекает монотонно и медленно. Величина остаточного упрочнения при температурах обработки 880...980 °С составляет 20... 10 МПа. Для определения величины 5 при дробной деформации образцов из сплава ВГЗ-1 получена следующая аппроксимирующая формула:

б =а0 ^ еа'£Ь е"4^ е04*", (®>

где £ и Ё; - соотЕетственно степень и скорость деформации на рассматриваемой ступени обратил; N - номер ступени обжатия; 'Сп - Еремя паузи перед рассматриваемой ступенью деформации, с. Коэффициенты регрессии имеют следующие значения: й0 » 19,0; а, - 0,0®8; СЦ * 0,3888; (Ц - 0,1319; а4 - 1,629; а5 * 0,0655;

а6 * -0,0053.

4. Разработка и внедрение технологических процессов изготоЕления покоеок лопаток

Вальцовка заготовок. При освоении заготоЕительного комплекса были опробованы технологии профилирования заготовок лопаток шифров ВС-810 и ВС-812 по методике, предложенной фирмой Еишисо . Установлено, что расчет формоизменения при вальцоЕке заготовок по этой методике не обеспечиЕает требуемой точности, е результате чего потребовалась многократная и трудоемкая доработка рабочего инструмента. Расчет секторое-штампоЕ при вальцовке заготовок по схеме круг-овал-круг по ранее разработанной в УПИ им. С.М.Кирога методике нуждается е уточнении, так как при вальцовке в круглом калибре на переходном участке появляется лампас. Поэтому в дис-

еертации предложена методика конструирования переходных участкое на Еальцованной заготовке, что исключает образование заммоЕ при последующей высадке заготовок на ТО!.

Для ЕальцоЕКИ заготовок по схеме круг-оеал-круг разработав рациональные режимы деформирования. Так,многопроходный режим деформирования с высотной деформацией до 50 ^ £ ^ + Ь -области, заг-щшценной а.с. 1217005, обеспечивает получение заготовок высокого качества. Разработанная в диссертации методика конструирования заготовки и расчета формоизменения при вальцовке используется технологическими службами ВСМП0..По этой методике были спроектированы технологические процессы ЕальцоЕки и Еысадки для 20 наименований покоеок лопаток. Результаты освоения показали высокое каг-честЕО заготовок, стабильность формирования требуемой структуры и уровня механических сеойств.

По освоенным технологическим процессам вальцовки заготовок лопаток достигнута экономия металла на одной заготовке от 0,25 до 4,27 кг в зависимости от типа и массы лопатки.

Высадка заготовок. Высадка вальцованных заготовок производится на ГШ за 2-3 перехода с формированием утолщений круглой формы в поперечном сечении. Получение при высадке на заготовках утолщений с плоскими гранями является ноеым техническим решением, позволяющим уменьшить трудоемкость Изготовления покоеск лопаток за счет ликвидации операции плющения головок на ГВП. Кроме того, выездка голоеок такой формы, Еместе с получением- на ковочных вальцах обжимаемых участков в виде плоского овала, позволяет для лопаток с малой закруткой пера исключить из технологического процесса операцию предварительной штзмпоеки. Предложенный в работе вариант Еысадки на ГКМ голоеок с плоскими гранями защищен а.с. 1355340.

Суть процесса заключается в том, что в первом переходе СЕобод-¡ый конец заготовки I (рис. 2) деформируется пуансоном 2 с кли-говой рабочей поверхностью, образованной двумя пересекающимися шоскостями. Для косых голоеок линия пересечения этих плоскостей вмещена относительно оси заготовки на величину 6 , определяемую ю выражению

[^^(а (1б)

?де (I - диаметр исходной заготовки; К , I и В - Еысота, длина 1 пирина высаживаемо? головки; - утол наклона торцевой поверхности головки относительно плоскости, перпендикулярной оси заго-гоеки. Величина 6 определяется полнил боковым смещением металла еерхнего торца заготовки относительно нижнего.

Рис. 2. СЬособ высадки стержневых заготовок

Грани торца пуансона наклонены к торцевой поверхности головки высаживаемой заготовки под углом р. , превышающим угол трения на 2...30. Окончательная Еысадка производится плоским наклонны;.: пуансоном 3 во Етором переходе. •

Штамповка заготовок. В качестве осноеного технологического оборудования для производства точных штампованных покоеок крупногабаритных лопаток из титановых сплавов впервые е отечественной практике были применены ГШ фирмы Н(пеяс1е иг г усилием 56,0 и 63,0 МН, а для изотермической шталшоЕки ГП усилием 40,0 МН. Чтобы обеспечить необходимый комплекс механических свойств, поковки лопаток должны иметь однородную макроструктуру и регламентированную микроструктуру. Многочисленными исследованиями установлено, что равноосная мелкозернистая или пластинчатая структура с небольшими размерами -колоний и ок -пластин, характеризующаяся высокой однородностью строения с£ -колоний и малой толщиной Ы -пластин, является оптимальной для изделий, испытывающих вибрационную на -грузку при эксплуатации. Были определены режимы нагрева лопаток на заготовительной и окончательной операциях шта-'-ягавки, а также на операции калиброЕки. Режимы разработанных и внедренных е производство технологических процессов защищены а.с. 970777, 1153572, 1184283.

Производство покоеок лопаток шифров ЛИ предусматривает 2-стадийное деформирование е изотермических условиях, а шифров Л и ЛГ - 3 - стадийное с применением ГШ. ДЕухстздийное деформирование включает нагрев профилированных заготовок до температуры ■^п.п. ~ 20...40 °С со скоростью 5...10 °С/мин и деформацию е изотермических условиях: на пергой стадии степень деформации 20...45 %, на второй - 2...10 %. Охлаздение покоеок после деформирования на каждой стадии производится со скоростью 30...40 °С/ми:

акоЯ технологический режим производства штампованных поносок ло-аток позволил повысить стабильность механических свойств на 5...25 %, поднять яалоциклоЕуа усталость, увеличить КИМ поковок раза и исклпчить брак по короблению.

Трехстадийное деформирование при производстве поковок лопаток шифров Л и ЛГ предложено выполнять также в режиме ТМО. Суть роцесса штамповки заключается в следующем: нагрев профилирован-ых заготовок со скоростьп 15...45 °С/мин до Тп>п> - 20...40 °С выдержка в течение 10...30 мин; деформирование на 20...45 % в роцессе охлаждения на 10...50 °С; после повторного нагрева дефор-ация на 1о...2& %; окончательный регламентированный нагрев со ковостьга 15...45 °С/мин до Т„ _ - 50...80 °С, Еццержка в тече-

* II • II •

ие 45...80 глин и деформация в калибровочном штампе на З...Ю %. рехстадийная деформация заготовок лопаток в регламентированном еипературно-скоростном режиме обеспечила получение оптимального ;труктурно-<|азоЕого состава покоеок с требуемой макро- и микро-¡труятурой.

Разработанные схемы технологических процессов получения точнее штампованных поксвок крупногабаритных лопаток являются основ-юми в серийном производстве на ВСШ0.

Основные еыводы

1. Разработка металлосберегалщих технологий производства срупногабаритных вентиляторных, и компрессорных лопаток ГТД тре-!ует Еыбора рациональных схем их изготовления, предъявляет поеы-¡енные требования г точности расчета технологических параметров

1 создания научно обоснованных методов расчета технологических 1роцессов.

2. С учетом зарубежной и отечественной практики производства фупногабаритных поковок лопаток различных типов определены ра-

циональные схемы их получения, включающие фасонирование заготовок на ковочных вальцах и ГКМ с последующей штамповкой на ГШ, а при изотермическом деформировании - на гидравлических прессах.

3. Предложен процесс многопроходной вальцовки заготовок лопаток по схеме плоский овал-плоский овал. С использованием вариационного принципа минимума полной мощности выполнено теоретическое исследование процесса вальцовки плоских овальных заготовок в гладких секторах-штампах. Получены аппроксимирующие формулы для расчета коэффициентов еытяжки и уширения, контактного давления, крутящего момента и опережения металла. На основе экспериментального исследования дана оценка полученных формул, которая показал! что они удовлетЕоряют требованиям, предъявляемым к формулам, пре; назначенным для технологических расчетов.

4. В результате экспериментального исследования на пласто-метре построены кривые упрочнения и получены аппроксимирующие формулы для определения сопротивления деформации жаропрочных ти-таноЕЫх сплавов BT3^I, BT5-I, ВТ6, ВГ8, ВГ20, ВТ22 и БГ23 в зави симости от температуры, степени и скорости деформации. Анализ кривых упрочнения и микроструктуры деформированных образцов из сплава ВГ8 с'различной исходной структурой показал, что предвари тельное огрубление структуры сплава ЕГГ8 привело к повышению сопротивления деформации при температуре ниже Тп>п по сравнению с металлом в состоянии поставки в среднем на 10...50 %. Сопротивл( ние деформации при температуре Еыше Тд>п слабо зависит от hcxoj ной структуры и для отожженных образцов его величина незначител: но меньше, чем для металла в состоянии поставки.

5. Еыполнено экспериментальное исследование на пластометре сопротивления деформации сплава BT3-I при многократном нагруже-нии. Подучено аппроксимирующее уравнение, которое позволяет опр

;ели?ь сопротивление деформации з зависимости от температуры, степени и скорости деформации, а также номера ступени нагругг.ения 1 продолжительности паузы.

6. Анализ экспериментальных данных по раэупрачнен:ю выявил :удестЕенное влияние на остаточное упрочнение значений темлерату-;ы деформации, продолжительности паузы и слабое влияние степени л :корости предшествующей деформации.

7. С использованием результатов выполненных теоретических и жспериментал^ных исследований разработана методика проектирования технологического процесса вальцовки заготовок лопаток с применением схемы плоский овал-плоский овал. Уточнена методика расчета технологических параметров и секторов-штампов при многопроходной зальцовке ззготогск лспаток по схеме круг-овал-круг.

8. ОсЕоена технология многопроходной вальцовки заготовок ло-таток по схемам круг-о вал-круг и плоский оЕал-плоский овал на автоматизированной заготовительной линии, вклют;-'®::;еП ковочные Еаль-ды АЯ^/Э -2 и ГпМ ЪМ -900. Забраны рациональные режимы деформирования заготовок. Разработаны схемы и определены условия высадки ча ГКМ головных частей сложной формы из вальцованных зэготоеок.

9. Разработанные и внедренные в серийное производство технологические процессы получения штампованных поковок лопаток на ГВП и гидравлическом прессе изотермического деформирования с предварительным профилированием заготовок на ковочных гальцах. и ГИД позволили повысить качестЕО поковок лопаток, снизить расход металла.

Показано, что для обеспечения еысокого качества, покоеки в изотермических условиях целесообразно получать двухстадийным деформированием, а поковки, штампуемые на ГЕП,- трехстадийным деформированием в режиме ТШ. Режимы деформирования при производстве

профилированных заготовок i: ic та.уд оранных шкоеок защищены пятью авторскими СЕИдетсльстешли ( У 1355340, I2I7005, 970777, II53572, IIS4283).

Общий экономический эффект от Енедрекял разработок составил 1515 тыс.рублей. ДолеЕой эффект автора - 265,I тис.рублей.

Проведенный комплекс работ по совершенствования расчета формоизменения заготовок нашел отражение в Еняущенной отраслевой методике проектирования технологии вальцовки лопаток из титановых сплаЕОВ с использованием схемы круг-ОЕал-круг MPI.3.14-13-90.

Диссертация представляет научный труд, е котором выполнены научно обоснованные технологические разработки прогрессивной технологии изготоЕления покоеок компрессорных лопаток из титзноеых сплавов, обеспечивающие решение важной прикладной задачи совершенствования металлэсберегаюцей технологии иэготоЕления деталей летательных аппаратов.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Формоизменение и энергосилоЕые параметры при прокатке круглых заготоЕок из титановых сплавов в гладких валках / К.И.Литвиног

B.К.Смирнов, С.В.Харитонин, В.А.Волков // Известия Еузов. Черная металлургия. 1983. Р 8. С. 26-28.

2. Определение сопротивления деформации металла при многократном нагружении с учетом разупрочнения в паузах / В.К.Смирнов,

C.В.Харитонин, В.А.Волков и др. // Достижения и перспективы применения обработки металлов давлением в машиностроении: Тез докл. зональной научно-технической конференции. Курган, 1984. С. 5-7.

3. Сопротивление деформации титзноеого сплава ИГ20 / С.В.Харитонин, В.К.Смирнов, В.А.Волков и др. // Технология легких сплавов. ШС. 1983. 8 10. С. 30-31.

:. 'Формоизменение при многопроходной вальцовке заготовок с использованием схемы ребровой овал-овал / В.К.Смирнов, С.В.Харитонин,

B.А.Волков и др. // Технология легких сплаЕов. ВИЛС. 1983. Р 3. С. 34-3b.

. Контактное трение и эффективность применения защитно-смазочных покрытий и технологических сказочных материалов при горячей объемной штамповке / А.Н.Левгнов, И.М.Володин, В.А.Волков и ДР- // Кузнечно-штампоЕочное производство. 1984. 8. С. 25-27.

. Сопротивление деформации титанового сплава BT3-I при дробном нагруяении / С.В.Харитонин, В.И.Степаненко, В.А.Волков и др. // Обработка металлов давлением: МеяЕуз. сб. Свердловск, 1587.

C. 37-41.

. Сопротивление деформации титановых сплавов БГ6, ВТ22, ЕГР23 / С.В.Харитонин, В.И.Степаненко, В.К.Смирнов, В.А.Волков и др. // Технология легких сплавов. ВИЛС. 1987. У 12. С. 18-20.

. Огепаненко В.П., Литвинов K.U., Волков В.А. Формоизменение и знергосилозые параметры при прокатке плоскооЕалькой заготовки е гладких валках // Повышение эффективности способов получения металлов и сплавоЕ, создание ноеых материалов, технологий и машин, улучшение качества металлопродукции: Тезисы 8-й научно-технической конференции УПИ им. С.М.Кирова. СЕердлоЕСк, 1983. С.60.

, Определение потребной энергии при штамповке на гидроЕКНтогых прессах / А.Н.ЛеЕанов, С.В.Харитонин, В.А.Волков и др. // Повышение эффективности способов получения металлов и сплавов, создание новых, материалов, технологий и мааин, улучшение качества металлопродукции: Тезисы 8-й научно-технической конференции УШ им. С.М.Кирова. Свердловск, 1988. С. 47. Исследование энергосиловых параметров гидровинтовых прессов / А.Н.Леваксв, В.К. Смирнов, В.А.Волков и др. // Известия вузов. Машиностроение. 1988. I? 4. С. II3-II8.

11. Волкое B.A., Литвинов К.К., Степакенко В.И. Многоручьевая периодическая прокатка заготовок на автоматизированных коеочных вальцах // Всесоюзная научно-техническая конференция. Новые технологические процессы прокатки как средство интенсификации производства и повышения качестЕа продукции: Тезисы докладов. Челябинск, 1989. С. 13-14.

12. Влияние термомеханических параметров деформации и исходной структуры на сопротивление деформации титановых сплавов ВГ8, ВТ3-1, BT5-I, ВГ1-0 / С.В.Харитонин, В.И.Огепаненко, В.А.Волков, В.К.&шрнов // Пластическая деформация и технология обработки заготовок из легких и специальных сплавов. ВИЛС. 1990. С. 107-115.

13. A.c. 1184283 СХР. МКИ 4 С22 F I/I8. Способ изготовления штамповок из двухфазных титаноЕЫХ сплавов"/ В.Ц.Злобин, B.A.Волкое

A.И.Хорев, А.И.Красножон. Р 3730453/22-02; Заявл. 24.04.84. Не подлежит опубликовании в открытой печати.

14. A.c. 1153572 СССР. МКИ 4 С22 F I/I8. Способ высокотемлератур-ной термомеханической обработки полуфабрикатов из tí -г ¡i -титановых сплавоЕ / В.К.Катая, В.А.Волкое, А.И.ХореЕ. ¥ 3695773/ 22-02; Заявл. 26.01.84. Не подлежит опубликованию в открытой печати.

15. A.c. I2I7005 СССР. ЫКИ 4 С22 F I/I8. Способ изготовления полуфабрикатов из двухфазных титаноЕых сплагоЕ / В.К.Катая, В.А.Во КОЕ, А.И.Хорев, B.K.Смирнов и др. № 3735047/22-02; Заявл. 04.05.84. Не подлежит опубликован!® е открытой печати.

16. A.c. 1355340 СССР, Ш 4 B2I j 5/08. Способ высадки стержневой заготовки / А.Н.ЛеЕанов, В.К.Смирнов, С.В.Харитонин,

B.А.Волков и др. S 3980048/31-27; Заявл. 02.10.65. Опубл. 30.11.87. Бюлл. Р 44. 2 с. '