способ изготовления профилированных кольцевых заготовок

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОФИЛИРОВАННЫХ КОЛЬЦЕВЫХ ЗАГОТОВОК с буртами, ориентированными внутри и/или наружу, включающий изготовление цилиндрических заготовок-обечаек с прямоугольным сечением и профилирование сечения их в торцевых частях путем отбортовки в горячем состоянии посредством формообразования буртов при локальном нагреве деформируемой зоны и окончательную термообработку, отличающийся тем, что исходные заготовки-обечайки изготавливают с меньшим диаметром и большей толщиной сечения, чем диаметр и толщина готового изделия, а перед отбортовкой заготовки подвергают раскатке на кольцепрокатном стане и формируют все бурты, расположенные на участке, по высоте сечения заготовки внутри и/или снаружи, исключая торцевые.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при раскатке заготовок на кольцепрокатном стане на участках размещения торцевых буртов формируются местные утолщения с толщиной стенки, равной не более двойной толщины стенки готового изделия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам изготовления кольцевых заготовок для деталей газотурбинных двигателей, и может найти применение в отраслях машиностроительной промышленности, где изготавливаются кольцеобразные изделия с тонкостенными сечениями сложной конфигурации.

Известен способ изготовления профилированных кольцевых заготовок посредством раскатки на кольцепрокатных станах [1] Этот способ позволяет получать заготовки с сечениями большой высоты (в зависимости от технических характеристик станов) с буртами на внутренней и/или наружной поверхностях заготовок в любой части их по высоте.

Недостаток этого способа невозможность получения тонкостенных кольцевых заготовок с тонкостенными торцовыми буртами, имеющими величину выступания (внутрь или наружу) с коэффициентом кратности к толщине сечения более единицы, в особенности в заготовках с асимметричным сечением, в которых на одном торце бурт ориентирован внутрь, а на другом наружу заготовки. Более того, изготовление кольцевых заготовок с асимметричными сечениями существенно осложняется даже при незначительно выраженной асимметрии.

Другим недостатком этого способа является то, что общий размер сечения в радиальном направлении (выступ наружу + толщина стенки + выступ внутрь) в готовых кольцевых изделиях всегда меньше толщины сечения в исходных заготовках (перед раскаткой).

Известен способ изготовления профилированных кольцевых заготовок методом отбортовки в горячем состоянии посредством формообразования торцовых буртов изнутри и/или снаружи при локальном нагреве деформируемой зоны [2] Этим способом можно изготавливать из листов толщиной 8-15 мм кольцевые заготовки с высотой сечения до 500 мм при величине выступания буртов по диаметру (внутрь и/или наружу) до утроенной толщины профилируемых обечаек и при толщине буртов, изменяющейся от половины до двух значений толщины профилируемых обечаек.

Недостатком этого способа является то, что он позволяет профилировать только торцовые части заготовок посредством формирования буртов внутрь и/или наружу, но не обеспечивает возможности образования буртов в какой-либо другой части по их высоте.

Техническим результатом изобретения является повышение коэффициента использования металла (КИМ) кольцевых заготовок за счет получения в них тонкостенных сечений сложной конфигурации, максимально приближенных к площади и конфигурации сечений чистовых деталей, вытачиваемых из них. Максимально выразительным указанный технический результат является для кольцевых заготовок с резко выраженной асимметрией сечения, когда один из торцовых буртов ориентирован внутрь, а другой наружу, причем высота этих буртов может быть в несколько раз (в 2.5 раз) больше толщины их; кроме того, в таких заготовках могут быть один или несколько (изнутри и/или снаружи) буртов, расположенных в любой части по высоте сечения (между торцевыми буртами).

В указанных кольцевых заготовках с асимметричным сечением общий габаритный размер сечения в радиальном направлении (выступ наружу + толщина стенки + выступ внутрь) может превышать толщину исходной обечайки в два и более раз.

Указанный технический результат достигается тем, что исходные заготовки-обечайки изготавливают заведомо большей толщины и меньшего диаметра, чем конечные изделия (исходные размеры определяются расчетом, исходя из постоянства объема металла в исходной заготовке и конечном изделии), раскатывают их на кольцепрокатном стане до необходимых размеров по толщине сечения и по диаметрам с получением всех необходимых буртов, кроме торцовых, а затем профилируют сечение заготовок в торцовых частях по способу-прототипу. При этом торцовые бурты (один или оба) формируют (по необходимости) либо изнутри, либо снаружи, либо один изнутри, другой снаружи.

В случае, когда необходимо получать торцовые бурты с высотой (параметр d на фиг. 1). Больше половины возможной величины, при раскатке на КПС в зонах торцовых буртов целесообразно формировать местные утолщения до удвоенной толщины стенки в конечном сечении (до величины выступания буртов в промежуточной между торцовыми зоне сечения, если таковые бурты имеются).

Данный способ отличается от известного тем, что исходные заготовки-обечайки перед отбортовкой подвергают раскатке на кольцепрокатном стане и формируют все бурты в любой части по высоте сечения изнутри и/или снаружи, кроме торцовых (либо в торцовых буртах формируют местное утолщение).

Для этого в качестве исходных используются заготовки-обечайки заведомо большей толщины и меньшего диаметра, чем в конечном изделии. Такое решение технической задачи позволяет получать кольцевые заготовки с более тонкими фигурными сечениями, чем при использовании только отбортовки торцовых буртов (по способу-прототипу) и с более высокими значениями коэффициента отношения высоты буртов к толщине стенки, чем при использовании только раскатки.

На фиг. 1 представлен один из вариантов исходного (а^I), промежуточного (б) и конечного (в) сечений профилированных по данному способу кольцевых заготовок; на фиг. 2 сечение одной из опытных кольцевых заготовок.

В таблице приведены сравнительные характеристики сечений кольцевых заготовок, которые можно изготовить известными и данным способами.

Данный способ опробован при изготовлении профилированных кольцевых заготовок из цилиндрических заготовок-обечаек диаметром 400 мм (сплав ВТ20) прямоугольного сечения 25х170 мм. Обечайки были получены посредством предварительной раскатки в гладких валках на КПС-1000М кованых заготовок диаметром 300 мм. Потом эти обечайки с сечением (а^I) были повторно раскатаны на кольцепрокатном стане КПС-1000М, но уже в валках с фигурным калибром до промежуточного сечения (б) с буртами в средней части по высоте.

Затем посредством формообразования торцовых буртов отбортовкой при локальном нагреве деформируемой зоны, заготовки были доведены до сечения (в). После окончательной раскатки экспериментальные кольцевые заготовки были откалиброваны, термически обработаны и разрезаны на образцы и темплеты для механических испытаний и металлографических исследований. Механические свойства и структуры их заготовок отвечают требованиям ТУ.

Как видно из приведенного иллюстративного материала, данный способ позволяет расширить возможности кольцевого производства, так как позволяет получать качественно новую продукцию.

Использование данного способа изготовления кольцевых заготовок обеспечивает более высокий КИМ (меньшую металлоемкость) в кольцевых заготовках для деталей ГТД сложного сечения за счет максимального приближения сечения заготовок к сечению деталей; снижение трудоемкости при выточке чистовых деталей ГТД; снижение трудоемкости изготовления деталей Н ГТД за счет освобождения от необходимости изготовления некоторых из них в виде расчлененных по высоте частей (на каждую часть отдельная заготовка), свариваемых посредством кольцевых швов после предварительной обточки; расширение технологических возможностей изготовления кольцевых заготовок с высокими значениями КИМ; экономию дорогостоящих дефицитных сплавов за счет уменьшения припусков на обработку резанием.