способ цельного калибрования закаливаемого картера, устройство для осуществления данного способа

Формула изобретения

1. Способ калибрования цилиндрической детали (1) после придания ей формы путем пластической деформации металлического материала, обладающего максимальной структурной усадкой при температуре максимальной усадки, которая находится в диапазоне между первой температурой термической обработки и второй температурой, являющейся комнатной, при этом вторая температура меньше, чем первая, отличающийся тем, что

размещают деталь (1) в вертикальной печи, причем ось цилиндрической детали (1) является вертикальной,

устанавливают снаружи печи и сверху детали инструмент внутреннего калибрования, диаметр которого больше диаметра детали при ее максимальной структурной усадке, причем ось инструмента калибрования совпадает с осью детали (1),

закрывают печь,

нагревают деталь (1) до первой температуры термической обработки,

открывают печь,

опускают и устанавливают внутри детали инструмент (8) внутреннего калибрования,

перемещают деталь (1) вместе с инструментом внутреннего калибрования снаружи печи в закалочный бак,

охлаждают деталь до вышеупомянутой меньшей температуры,

извлекают инструмент (8) внутренней калибровки.

2. Способ по п.1, согласно которому осуществляют точную подгонку инструмента внутреннего калибрования относительно детали путем его размещения на детали (1) на этапе размещения детали (1) в вертикальной печи (1), а на этапе установки инструмента внутреннего калибрования снаружи печи и сверху детали его поднимают в вертикальном направлении наружу печи.

3. Способ по п.1, согласно которому металл является сплавом Z5CNU17.

4. Устройство для калибрования цилиндрической детали (1) после придания ей формы путем пластической деформации металлического материала, содержащее каркас (30) с рамой (31), снабженной шарнирно соединенными радиальными тягами (32, 33), которые образуют подпорки детали (1), приспособление (36) для подвески каркаса (30), инструмент (8) внутреннего калибрования, подвешиваемый при помощи троса (38) или других аналогичных средств на упомянутом приспособлении для подвески, причем приспособление (36) для подвески каркаса (30) является съемным с возможностью жесткого соединения со штоком (35) и отсоединения от него между положением, в котором оно жестко крепится к каркасу при помощи штока (35) и положением, в котором каркас (30) подвешен к приспособлению (36) для подвески каркаса посредством тросов (37) или других аналогичных средств.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области металлургии. Его технической задачей является калибрование цилиндрических деталей, изготовленных методом прокатки.

Для турбореактивных двигателей изготавливаются детали, имеющие цилиндрическую форму и составляющие единое целое, в частности, для картеров компрессора или картеров, удерживающих лопатки. Этот тип деталей, которые могут иметь большие размеры и массу, изготавливается путем прокатки предназначенных для этого заготовок из сплавов. Прокатка сопровождается горячей термической обработкой для улучшения механических характеристик путем снятия внутренней напряженности, возникающей в результате приложения усилий по пластической деформации материала. Помимо такой обработки требуются операции по калиброванию из-за слабых допусков по размерам, в частности, внутренних для данного типа деталей.

На практике перед этапом термической обработки производится расширение путем воздействия на внутреннюю поверхность посредством устройства, называемого расширителем, снабженного соответствующими средствами выталкивания, которые приводятся в действие, как правило, гидравлическим способом. Вместе с тем отмечается, что конфигурация детали способна изменяться еще в процессе термической обработки, и поэтому очень часто требуется новое холодное калибрование. Высказывались предложения изготавливать детали с припуском на толщину, способную покрыть отклонения от номинального размера, но такое решение не считалось достаточным, особенно для авиационных турбореактивных двигателей ввиду увеличения веса материала, используемого при изготовлении. В качестве ближайшего аналога настоящего изобретения предлагается патент SU 1257105 A1, B21D 9/16, 15/09, 1986, в котором раскрыт способ калибрования цилиндрической детали после придания ей формы путем пластической деформации металлического материала, обладающего максимальной структурной усадкой при температуре максимальной усадки, которая находится в диапазоне между температурой термической обработки и комнатной температурой при помощи инструмента внутреннего калибрования.

Заявитель поставил перед собой задачу разработать новый метод калибрования детали цилиндрической формы, получаемой путем пластической деформации материала, который был бы более экономичным в результате уменьшения количества операций и разработки менее сложных и менее дорогостоящих конструктивных инструментов.

Изобретение является результатом исследования некоторых сплавов, в том числе стали Z5CNU17, которые обладают свойствами максимальной структурной усадки при температуре, находящейся в диапазоне между температурой термической обработки горячим методом и комнатной температурой. Материал в процессе охлаждения до этой температуры стягивается, затем, когда температура детали вновь становится комнатной, увеличивается.

Предлагается способ калибрования цилиндрической детали после придания ей формы методом прокатки металлического материала, обладающего максимальной структурной усадкой при температуре максимальной усадки, находящейся в диапазоне между первой температурой термической обработки горячим методом и второй комнатной температурой, отличающийся тем, что он включает в себя выполняемые в следующей последовательности этапы:

- размещают деталь в вертикальной печи;

- устанавливают снаружи печи напротив детали инструмент внутреннего калибрования, диаметр которого больше диаметра детали при ее максимальной структурной усадке;

- нагревают деталь до первой температуры;

- опускают и устанавливают внутри детали инструмент внутреннего калибрования, диаметр которого больше диаметра максимальной структурной усадки детали;

- перемещают деталь вместе с инструментом внутреннего калибрования в закалочный бак;

- охлаждают деталь до температуры, меньшей, чем вышеупомянутая вторая температура;

- извлекают инструмент внутреннего калибрования.

Таким образом, применение способа согласно изобретению позволяет воспользоваться вышеуказанным свойством материала для калибрования детали на этапе закалки после термической обработки горячим методом, что упрощает операции по обработке детали. Кроме того, инструмент внутреннего калибрования может быть простым ободом с соответствующим внешним диаметром и без каких-либо шарнирных или механических элементов.

На практике деталь размещается в печи и нагревается до первой температуры, которая преимущественно является температурой ее термической обработки, затем на детали располагается вышеупомянутый инструмент внутреннего калибрования, и вся конструкция размещается в закалочном баке, где деталь охлаждается до вышеупомянутой меньшей температуры, которая стремится к значению комнатной температуры.

Однако, хотя способ предусматривает преимущественно совместное применение термической обработки и закаливания детали после ее изготовления методом прокатки, он также может быть реализован всякий раз, когда материал имеет температуру максимальной усадки, находящуюся в диапазоне между первой температурой и второй температурой, при этом первая температура выше, чем вторая.

Настоящее изобретение относится также к устройству, позволяющему реализовывать преимущества данного способа. Оно включает в себя каркас с рамой, снабженной шарнирно соединенными радиальными тягами, которые образуют подпорки детали; приспособление для подвески каркаса; инструмент внутреннего калибрования, подвешиваемый при помощи троса или других аналогичных средств на вышеупомянутом приспособлении для подвески.

В соответствии с другим отличительным признаком приспособление для подвески каркаса является съемным с возможностью жесткого соединения со штоком и отсоединения от него между положением, в котором оно жестко крепится к каркасу при помощи штока, и положением, в котором каркас подвешен к приспособлению для подвески каркаса посредством тросов или других аналогичных средств.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием варианта осуществления способа согласно изобретению, который не носит ограничительного характера, приводимого со ссылкой на прилагаемые фигуры чертежей, в числе которых:

Фиг.1-5 изображают различные этапы предлагаемых в изобретении способов согласно первому варианту осуществления;

Фиг.6-18 - различные этапы способа согласно второму, наиболее предпочтительному варианту.

Ниже приводится детальное описание различных этапов способа. Деталью для калибрования может служить картер турбореактивного двигателя, в частности, промежуточный картер, картер компрессора или картер для удерживания лопаток, содержащий цилиндрический участок, образованный путем пластической деформации металлического материала, например стали Z5CNU17. Данный тип стали обладает свойствами максимальной структурной усадки в диапазоне температур от 200 до 300°С.

На фиг.1-5 изображен процесс реализации осуществления предлагаемого способа. Деталь 1 цилиндрической формы, например картер, удерживается в вертикальном положении при помощи края подпорки 3 и находится в подвешенном состоянии на тросе, позволяющем осуществлять ее транспортировку при помощи соответствующего подъемного устройства. На фиг.2 показана деталь 1, перемещаемая вместе со своей подпоркой 3 в печь шахтного типа 5, снабженную столом 7, на котором располагается деталь вместе с подпоркой. Во время нахождения в печи деталь подвергается термической обработке при заданной температуре, например, в случае картера турбореактивного двигателя, изготовленного из вышеупомянутой стали, при температуре 1000°С в течение определенного времени; деталь приобретает увеличенные размеры. На фиг.3 можно увидеть, что внутри детали установлен инструмент 8 внутреннего калибрования или калибр, также имеющий форму цилиндра. Данный инструмент является холодным, его внешняя конфигурация идентична внутренней конфигурации детали 1, а его внешние размеры несколько больше, чем размеры внутренней поверхности детали 1, когда ее температура соответствует температуре максимальной структурной усадки детали.

Затем подпорка подвешивается на тросе подъемно-транспортировочного устройства для размещения всей конструкции в закалочном баке 9, как это показано на фиг.4. Бак заполняют закалочной жидкостью для доведения температуры, контролируя при этом скоростной режим, до комнатной температуры. В течение этого времени деталь обжимается, и давление на калибр 8 достигает максимального значения при температуре ее максимальной структурной усадки. Для вышеупомянутого сплава такая температура находится в диапазоне 200-300°С. С учетом того что калибр 8 обладает большим размером, деталь приводится в соответствие с ним и принимает его формы. По мере понижения температуры деталь увеличивается в размерах и отстает от обода, который образован калибром 8. Возникает показанный на фиг.5 зазор «е». После стабилизации температуры вся конструкция извлекается из закалочного бака, а деталь снимается с подпорки.

Далее следует описание реализации усовершенствованного способа, позволяющего добиться точной подгонки калибра относительно детали.

В этом случае используется подпорка или каркас 30, состоящий из нижней рамы 31, снабженной шарнирно соединенными относительно горизонтальных осей первыми радиальными тягами 32 и вторыми радиальными тягами 33. Эти радиальные тяги поочередно будут использоваться для удержания детали во время проводимых операций. Как показано на фиг.6, тяги 32 вытянуты вверх. Тяги 33 обладают такой массой, что в условиях отсутствия нагрузки они располагаются вертикально, как показано на фиг.6. Каркас 30 содержит средства 34 подвешивания рамы 31. В свою очередь, средства 34 включают в себя центральный вертикальный шток 35, который, как это будет показано ниже, взаимодействует с приспособлением 36 для подвески каркаса, выполненным в виде захвата. Как это показано на фиг.6, рама 31 удерживается в подвешенном состоянии тросами 37 (один из них изображен) к верхней части захвата 36. Обод калибра 8 также подвешен на этом подготовительном этапе к верхней части захвата тросами 38 или другими аналогичными средствами, одно из которых представлено на чертеже. Деталь 1 размещается на круглом столе 40, а конструкция, включающая в себя шток 35, калибр 8 и захват, имеет соосное с ней расположение. Данная конструкция опускается с сохранением вертикального положения. Поскольку радиальные тяги 32 и 33 приподняты, имеется возможность опустить раму 31 ниже, чем стол 40. В этом случае калибр 8 упирается в верхний край детали. После подгонки размеров с установлением комнатной температуры калибр будет удерживаться краем детали. При нахождении в позиции, показанной на фиг.8, радиальные тяги 33 наклоняются, и рама 31 упирается в отсадочный чан 50. Захват 36 опускается до тех пор, пока не захватит шток 35, как это можно увидеть на фиг.9. Конструкция приподнимается вертикально вверх. Радиальные тяги 33 приводят в движение деталь со столом 40 (фиг.10). Конструкция размещается в печи термической обработки 5 на отсадочном чане 70 (фиг.11). Отсадочный чан 70 позволяет опустить раму 31 ниже уровня детали 1. Теперь можно привести тяги 33 в вертикальное положение и вновь поднять подвешенные на тросах 38 подпорку 30 и калибр 8, оставив деталь 1 одну на отсадочном чане 70 (фиг.13). Печь закрывается колпаком 51, и начинается процесс термической обработки. Отмечается, что подъем вертикально вверх каркаса 30 осуществлен только путем опускания радиальных тяг 32 и отсоединения захвата 36 от штока 35 (фиг.13).

После завершения термической обработки печь открывается и опускается каркас 30 (фиг.14). Радиальные тяги скользят вдоль детали 1 (фиг.14). В связи с тем что деталь 1 увеличилась, калибр 8 вводится в сплав, когда каркас опускается ниже стола, удерживающего деталь. Тяги 32 раскладываются и захватывают деталь снизу, когда каркас 30 вновь поднимается (фиг.15). Таким образом, конструкция, состоящая из детали 1 и калибра 8, переносится к закалочному баку (не показан). После закаливания конструкция размещается на столе отсадочного чана 50 для извлечения калибра (фиг.16). Каркас 30 опускается ниже стола отсадочного чана 50, чтобы привести в вертикальное положение радиальные тяги 32 (фиг.17). Захват 36 отсоединяется от штока 35, и каркас 30 поднимается. При помощи тросов 38 захват 36 вытаскивает калибр 8, а посредством тросов 37 - раму 31. Затем откалиброванная деталь 1 перемещается для выполнения других возможных видов обработки.

Преимуществом устройства каркаса согласно последнему варианту разработки является возможность обеспечения правильного размещения и центровки инструмента 8 внутреннего калибрования относительно детали 1 на всех этапах процесса без принятия каких-либо специальных мер по работе с инструментом 8. Данное решение является предпочтительным по сравнению с первым вариантом, согласно которому было необходимо устанавливать инструмент внутреннего калибрования, в то время как деталь все еще находилась в печи при температуре обработки.