способ изготовления панельной структуры с участками, имеющими в процессе эксплуатации панельной структуры различный уровень нагружения

Классы МПК:B21D47/04 изготовление составных профильных изделий из листового металла 
B21D26/02 с использованием давления текучей среды
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU),
Федеральное государственное унитарное предприятие "РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР - ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ ИМЕНИ АКАДЕМИКА Е.И. ЗАБАБАХИНА" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина") (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2009-02-02
публикация патента:

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к механической обработке давлением листового материала методом газостатической формовки в режиме сверхпластического течения материала. Способ включает сборку листовых заготовок с получением внутреннего герметичного пакета со штуцерными отверстиями. Размещают внутренний пакет панельной структуры в полости наружного пакета. Затем формоизменяют нагретые внутренний и наружный пакеты в состоянии сверхпластичности избыточным давлением газа. На внутреннем пакете выделяют локальные зоны, имеющие в процессе эксплуатации панельной структуры различный уровень нагружения. В локальных зонах образуют замкнутые полости. Осуществляют окончательное формообразование панельной структуры. После чего в упомянутых замкнутых полостях повышают давление до уровня, пропорционального критическому напряжению, возникающему в упомянутых замкнутых полостях в процессе эксплуатации панельной структуры. В результате обеспечивается повышение надежности работы конструкции, снижение уровня эксплуатационного напряжения в областях, подвергающихся наиболее интенсивным нагрузкам. 3 ил. способ изготовления панельной структуры с участками, имеющими   в процессе эксплуатации панельной структуры различный уровень   нагружения, патент № 2410187

способ изготовления панельной структуры с участками, имеющими   в процессе эксплуатации панельной структуры различный уровень   нагружения, патент № 2410187 способ изготовления панельной структуры с участками, имеющими   в процессе эксплуатации панельной структуры различный уровень   нагружения, патент № 2410187 способ изготовления панельной структуры с участками, имеющими   в процессе эксплуатации панельной структуры различный уровень   нагружения, патент № 2410187

Формула изобретения

Способ изготовления панельной структуры с участками, имеющими в процессе эксплуатации панельной структуры различный уровень нагружения, включающий сборку листовых заготовок с получением внутреннего герметичного пакета со штуцерными отверстиями для сообщения его полости с окружающей средой, размещение внутреннего пакета панельной структуры в полости наружного пакета с выполненными в нем штуцерными отверстиями для сообщения полости наружного пакета с окружающей средой, последующее формоизменение нагретых внутреннего и наружного пакетов в состоянии сверхпластичности избыточным давлением газа между пакетами и во внутреннем пакете и окончательное формообразование панельной структуры, отличающийся тем, что на внутреннем пакете перед его размещением в наружном пакете выделяют локальные зоны, имеющие в процессе эксплуатации панельной структуры различный уровень нагружения, штуцерные отверстия для сообщения полости внутреннего пакета с окружающей средой выполняют в указанных зонах, после чего в них образуют замкнутые полости, и после окончательного формообразования панельной структуры в упомянутых замкнутых полостях повышают давление до уровня, пропорционального критическому напряжению, возникающему в упомянутых замкнутых полостях в процессе эксплуатации панельной структуры.

Описание изобретения к патенту

Заявляемое изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к механической обработке давлением листового материала методом газостатической формовки в режиме сверхпластического течения материала, и может быть использовано для изготовления сложных профилей с пространственной кривизной, таких как профили полых крыльев, имеющих высоконагруженную панельную структуру с различными по величине нагрузки участками.

Известны способы изготовления оболочек в форме полых структур обтекаемых тел с пространственной кривизной сложной формы формовкой в состоянии сверхпластичности, которые защищены в патентах [патент РФ № 2047408, B21D 26/02, опуб. 10.11.1995 г. и патент РФ № 2047409, B21D 26/02, опуб. 10.11.1995 г.].

Данные способы включают получение герметичного пакета из листовых заготовок, сваренных между собой по контуру, и его последующее формоизменение в состоянии сверхпластичности избыточным давлением газа между листами заготовок в процессе нагрева и окончательное формообразование оболочек (полых структур). Оба способа позволяют изготавливать полые структуры с пространственной кривизной и внутренними полостями сложной формы.

Однако деформационная способность конструкций, полученных данным способом, высока, что приводит к снижению прочностных характеристик. Кроме того, деформирующие нагрузки распределены по объему конструкций неравномерно, так что превышение критических нагрузок в одной области может привести к выходу из строя всей конструкции.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является способ изготовления панельной структуры с участками, имеющими в процессе эксплуатации панельной структуры различный уровень нагружения [патент РФ № 2200640, B21D 26/02, опуб. 20.03.2003 г.], который выбран в качестве прототипа заявляемого способа.

Способ включает сборку листовых заготовок с получением внутреннего герметичного пакета со штуцерными отверстиями для сообщения его полости с окружающей средой, размещение внутреннего пакета панельной структуры в полости наружного пакета с выполненными в нем штуцерными отверстиями для сообщения полости наружного пакета с окружающей средой, последующее формоизменение нагретых внутреннего и наружного пакетов в состоянии сверхпластичности избыточным давлением газа между пакетами и во внутреннем пакете и окончательное формообразование панельной структуры.

Способ позволяет получать полые ячеистые структуры в виде оболочковых панелей двойной кривизны с аэродинамическими обводами повышенной точности и внутренними перемычками, образующими каналы, соединяющие все участки внутренней полости.

Однако в процессе эксплуатации возникают деформирующие усилия, различные на различных участках поверхности оболочковой панели. Это приводит к возникновению критических напряжений на локальных участках, которые могут вызвать разрушение всей конструкции и снижение надежности работы конструкции в процессе эксплуатации.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы конструкции, полученной при реализации способа, путем снижения уровня эксплуатационного напряжения в областях, подвергающихся наиболее интенсивным нагрузкам.

Предложено решить эту задачу так, что в способе изготовления панельной структуры с участками, имеющими в процессе эксплуатации панельной структуры различный уровень нагружения, включающем сборку листовых заготовок с получением внутреннего герметичного пакета со штуцерными отверстиями для сообщения его полости с окружающей средой, размещение внутреннего пакета панельной структуры в полости наружного пакета с выполненными в нем штуцерными отверстиями для сообщения полости наружного пакета с окружающей средой, последующее формоизменение нагретых внутреннего и наружного пакетов в состоянии сверхпластичности избыточным давлением газа между пакетами и во внутреннем пакете и окончательное формообразование панельной структуры, согласно изобретению на внутреннем пакете перед его размещением в наружном пакете выделяют локальные зоны, имеющие в процессе эксплуатации панельной структуры различный уровень нагружения, штуцерные отверстия для сообщения полости внутреннего пакета с окружающей средой выполняют в указанных зонах, после чего в них образуют замкнутые полости, и после окончательного формообразования панельной структуры в упомянутых замкнутых полостях повышают давление до уровня, пропорционального критическому напряжению, возникающему в упомянутых замкнутых полостях в процессе эксплуатации панельной структуры.

Возможность решения поставленной задачи обусловлена тем, что уровень критической нагрузки на каждом участке конструкции в процессе эксплуатации будет нейтрализовываться определенным характерным для этого участка уровнем противодавления, что в дальнейшем в процессе эксплуатации конструкции приведет к снижению уровня критических напряжений на элементы конструкции и повысит надежность работы всей конструкции.

Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».

В процессе поиска были выявлены технические решения, содержащие признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого способа, например способ создания противодавления между отдельными слоями в многослойном сосуде высокого давления [а.с. № 428824, B21D 26/02, опуб. 25.05.1974 г.]. Данный способ позволяет повысить прочностные характеристики стенок сосудов высокого давления за счет частичной нейтрализации давлением снаружи внутреннего давления, создаваемого при нагружении конструкции (сосуда).

В заявляемом техническом решении известный признак создания противодавления применен при создании противодавления во внутренней полости для нейтрализации давления, действующего снаружи. Кроме того, этот признак применен в сочетании с новым признаком предварительного выделения локальных зон, имеющих во время эксплуатации различные уровни нагружения, и создания во внутренних полостях выделенных зон уровня давления, пропорционального уровню характерного возникающего в каждой зоне в процессе эксплуатации уровня напряжения. Сочетание этого известного признака с другими известными признаками дает новый технический эффект - предотвращение разрушения всей конструкции при превышении уровня критической нагрузки в одной локальной зоне при повышении уровня выдерживаемых нагрузок каждой зоны, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «изобретательский уровень».

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых:

на фиг.1 приведен вид внутреннего пакета заготовки панельной структуры;

на фиг.2 - поперечный разрез заготовки панельной структуры с установленными штуцерами перед формоизменением в состоянии сверхпластичности;

на фиг.3 - вид (поперечный разрез) панельной структуры после окончательного формообразования.

Способ осуществляется следующим образом.

Из титановых листовых заготовок 1 и 2 собирают внутренний пакет панельной структуры, выделяя на нем локальные зоны а, б, в, имеющие в процессе эксплуатации определенную величину уровня нагружения (фиг.1). Снабжают выделенные зоны а, б, в штуцерами 3 с последующим образованием замкнутых полостей сварными швами 4, 5, 6, которые герметизируют участки а, б, в соответственно (фиг.2). Таким образом создают заготовку внутреннего пакета панельной структуры, которую размещают в пакете из титановых листовых заготовок 7, 8, собирая в один общий пакет. Подсоединяют дополнительные штуцеры 9 к наружному пакету с последующей герметизацией его по периметру замкнутым сварным швом 10. Собранную таким образом заготовку панельной структуры помещают в печь и нагревают до температуры сверхпластичного течения материала. Затем через штуцеры 9 подают под давлением аргон в полость между наружной поверхностью внутреннего пакета и охватывающими его листовыми заготовками 7, 8. Через штуцеры 3 далее подают под давлением аргон в полости а, б, в внутреннего пакета. Происходит деформация листов 1, 2 внутреннего пакета с образованием ячеистой структуры в виде ребер жесткости, полученных за счет исключения течения материала в местах сварки 4, 5, 6. Панельную структуру выдерживают в печи при температуре диффузионной свариваемости материала листовых заготовок, которая выше температуры сверхпластичности, сбросив давление в полости между наружным и внутренним пакетами до атмосферного. Давление в выделенных участках а, б, в внутреннего пакета повышают, создавая условия для диффузионной сварки охватывающих листовых заготовок 7, 8 с листовыми заготовками 1, 2 внутреннего пакета в местах их касания, и, охладив до комнатной температуры, осуществляют окончательное формообразование панельной структуры (фиг.3). Затем давление в выделенных участках а, б, в внутреннего пакета повышают до уровня давления газа, пропорционального возникающему на этих участках в процессе эксплуатации уровню нагружения.

Таким образом, представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:

- обеспечение надежности работы конструкции, полученной при реализации заявляемого способа, путем снижения уровня эксплуатационного нагружения в областях, подвергающихся наиболее интенсивным нагрузкам;

- для заявляемого способа в том виде, в котором он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

Класс B21D47/04 изготовление составных профильных изделий из листового металла 

многослойная панель ступенчатой формы и способ ее изготовления -  патент 2471586 (10.01.2013)
многослойная ячеистая конструкция и способ ее изготовления -  патент 2440205 (20.01.2012)
титановый узел летательного аппарата и способ его изготовления сверхпластическим формованием -  патент 2425724 (10.08.2011)
способ изготовления осадительных электродов для электрофильтра -  патент 2423200 (10.07.2011)
способ соединения плоских деталей между собой -  патент 2414982 (27.03.2011)
изогнутая сотовая структура и способ ее производства -  патент 2367537 (20.09.2009)
многослойная панель и способ ее изготовления -  патент 2352726 (20.04.2009)
способ производства сотовой структуры -  патент 2342211 (27.12.2008)
способ изготовления многослойной панели -  патент 2309020 (27.10.2007)
способ изготовления многослойной панели -  патент 2292977 (10.02.2007)

Класс B21D26/02 с использованием давления текучей среды

способ изготовления многослойных панелей -  патент 2529618 (27.09.2014)
штамп для формообразования изделий из листовых заготовок -  патент 2529259 (27.09.2014)
способ и аппарат для формования, и соответствующая им предварительно отформованная заготовка со средой для гидростатического прессования -  патент 2517425 (27.05.2014)
способ изготовления полой вентиляторной лопатки -  патент 2477191 (10.03.2013)
установка гидроформования днищ -  патент 2475324 (20.02.2013)
гидроштамп для изготовления фланжированных днищ -  патент 2467819 (27.11.2012)
ультразвуковой гидрорез -  патент 2463136 (10.10.2012)
термовакуумная установка для обработки изделия(ий) -  патент 2439455 (10.01.2012)
способ формовки листовой заготовки в режиме сверхпластичности и устройство для его реализации -  патент 2433010 (10.11.2011)
титановый узел летательного аппарата и способ его изготовления сверхпластическим формованием -  патент 2425724 (10.08.2011)
Наверх