Способ обработки кольцевых заготовок из высокопрочных сплавов

 

Изобретение относится к способу обработки кольцевых из высокопрочных сплавов. Цечь - повышение качества обработки. Кольцевую заготовку (3) 1 усганаолнваюг на расположенные по окружное i и формующие ролики (Р) 2, раздают до состояния пластического растяжения, подводят ответные приводные Р 3, включают вращение 3 1 со скоростью, рассчитанной по предложенному соотношению, включают электронагрев. Подвод электротока осуществляют к двум диаметрально противоположным участкам кольцевой 3 1 для симметричного нагрева ее полуперимегров. Контактное давление 3 1 на гокоподводящие формующие Р обеспечивают опредспенным усилием радиальной раздачи Р, необходимым для пластического Формообразования 3. Подвод электротока осуществляют при вращении 3, иначе она приваривается к токоподводам в Mi4 гах контакте из-за большой плотности тока на MPJTOH площадке, нагрев кольцевой заготовки до номинальной температуры Тц контролируют на свободном учат гке между Формующими (раздающими) Р, регулируя величину подводимого электротока изменением напряжения в электроцепи нагрева. Использование предлагаемого способа позволяет снизить материальные, трудовые и энергетические затраты при изготовлении кольцевых 3 из труднодеформируемых сплавов. 1 ил. Ј (Л

CON3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А1 (Si)S С 21 1) 1/40

1—

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHQMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4463345/02 (22) 20.07.88 (46) 23. ОЗ .".1. Бюл. Y 11 (71) Казанский авиационный институт им. А.П.Туполева (72) И.Г1.Закиров, К.В.Ибрагимов и А.А.Раздайбедин (53) 621.785:б?1.365.3 (088.8) ! (54) СПОСОБ ОБРАБОТ К)! КОЛЫ,ВВ1 1Х ЗА 1 ОTOBOK II3 В11СОКО11РОЧ!И!Х СПЛАВ(% (57) Изобретение относится к способу обработки кольцевых заготовок из высокопрочных сплавов. 11сль — повышение качества обработки. Кольцевую за— готовку (3) усганавливают иа расположенные по окружности формующие ролики (Р) 2, раздают до состояния пластического растяжения, подводят ответные приводные P 3, включают вращение 3 1 со скоростью, рассчитанной по предложенному соотношению, включа— ют электронагрев. Подвод электротока осуществляют к двум диаметрально противоположшм участкам кольцевой 3 .1 для сия етрич ного на гре ва ее полупериметров. Контактное давление 3 1 на токоподводящие формующие P обеспечивают определенным усилием радиальной раздачи Р, необходимым для пластического формообразования 3. Подвод электротока осуществляют Jlplf вращении 3, иначе она приваривается к токоподво-, дам в мостах контакгов из-за большой плотности тока на малой площадке, нагрев кольцевой заготовки до номинальной температуры Т контролируют на свободном участке между йормующими (раздающими) Р, регулируя величину подводимого электротока изменением напряжения в электроцепи нагрева. Использование предлагаемого способа позволяет снизить материальные, трудовые и энергетические затраты при изготовлении кольцевых 3 из труднодеформируемых сплавов. 1 ил.

163б453

120)(Тц — Ь Т/2 — 20)F zg (1 + 2 соз(27/z)J

1,11 С(Т, - gТ/2 — 20)РО Н () r ° Я где ф

Т}1, 5Т

F(Z !

Изобретение относится к электроконтактному нагреву изделий и может быть использовано для нагрева кольцевых замкнутых заготовок из малоплас- 5 тичных металлов в процессе их формообразования ротационно-радиальной ра здачей.

Цель изобретения - повышение качества обработки. 10

На чертеже представлена схема обработки кольцевой заготовки в процессе ее ротационно-радиального формообразования.

Способ обработки кольцевых загото- 15 вок из высокопрочных сплавов эаключаI — коэффициент теплопроводности материала обрабатывающих ро-. ликов, постоянен для всех роликов, его значение берут при 20ОС, что соответствует холодной оснастке, когда отбор тепла у заготовки максимальный, является характе- 30 ристикой материала оснастки; — номинальная температура нагрева заготовки и ее допустимое отклонение, обеспечи-. вает достаточную пластичность материала заготовки без ухудшения механических свойств,. определяется отраслевыми инструкциями для листовых материалов, является 40 характеристикой материала заготовки;

- максимальная площадь контакта заготовки с обрабатывающим роликом, постоянна для 45 всех роликов, предусматривает контакт заготовки вдоль всей линии, образующей рабочую поверхность ролика, определяет максимальную пло 50 щадь, по которой может идти теплоотвод в ролик; — количество всех роликов, одновременно обрабатывающих заготовку; 55 . — количество роликов, раздающих заготовку (для существующего процесса ротационнорадиационной раздачи опреется в непрерывной обкатке заготовки относительно равнорасположе нных но окружности формующих и ответных нриводных роликов, выполненных с воэможностью установочного радиального перемещения. Кольцевую заготовку, нагруженную радиально изнутри до ñîñтояния пластического тангенциального растяжения формирующими роликами, нагревают до номинальной температуры по боковым кромкам путем подвода тока через два диаметрально противоположных формующих ролика, а скорость вращения заготовок определяют иэ соотношения делено оптималь ное коли чес твоя =8); теплоемкость материала заготовки, постоянна для выбранной величины Т}}, является характеристикой материала заготовки; периметр заготовки до формообразования (изменением периметра при радиальном нагружении роликами можно пренебречь, так как оно незначительно в сравнении с Р ); толщина металлической рубашки обрабатывающего ролика, осредненная вдоль образующей, постоянна для всех роликов, определяет среднюю глубину металлического слоя (до изоляционного слоя), в который идет интенсивный отвод тепла заготовки, является геометрическим параметром оснастки; плотность материала заготовки (берут постоянной, так как изменением объема. эаготовки при нагреве можно пренебречь);

r — минимальный радиус ролика s зоне подвода электротока к заготовке, определяет минимальную возможную величину контактной площадки при фиксированном контактном давлении, является параметром ос настки;

163

5

Я вЂ” относительная деформация тангенциального растяжения кольцевой заготовки, соответствующая пределу упругости материала, постоянна для каждого материала, влияет на величину контактной площадки.

Все параметры, входящие в правую часть расчетной формулы, являются характеристиками материала заготовки (T< Ь Т, С, (), C>), либо материала роликов (g), геометрии заготовки (Ро) или роликов (Г, Н, г), либо фиксированными параметрами процесса обработки (z <, z), значения которых берут из справочной литературы.

Начальная заготовка представляет собой кольцевой контур с больыим перепадом кривизны вдоль периметра и имеет отклонения от номинальной ширины вдоль периметра. Обкатка кольцевой заготовки по формующим роликам долж»а вестись с возможно меньшей скоростью, чтобы боковые кромки заготовки плавно обкатывались по токоподводящей поверхности роликов, исключая искрение и прижоги заготовки в местах Kokll àêтов. поэтому, расчетная минимальная скорость заготовки v является также необходимой для осуществления качественного нагрева кольцевых заготовок при ротационно-радиальном формообразовании °

Величину v можно подбирать экспериментально, »о это увеличивает трудоемкость процесса и расход материала на заготовки, необходимые для отладки процесса, . Для того, чтобы обеспечить процесс формообразования, например»равку и калибровку rro JII sl le rp, ss l.oToBK »агружают раздающими усилиями P до пластического состояния. При этом происходит предварительная правка и сглаживание перепада кривизны вдоль исходного кольцевого контура, что позволяет при вращении заготовки исключить р ез кое изменение давления в зоне контактов, Величину рапиальног0 усилия P можно определить из условия равновесия нагруженной кольцевой заготовки через усилие тангенциального растяжения N: !! = P ° () + 2сов(2<,/z)j. (!) !

В предельном случае, когда N = Е ° Я )(vF, где Š— модуль упругости металла

6453 6 заготовки; F — площадь поперечного сечения заготовки, получают минимальйое значение величины, Р, необходимое для процесса пластического формообразования кольцевой заготовки:

P = ЕЯ Г/ (! + 2сов(2<

Поскольку толщина листа кольцевой

1С заготовки много меньше ее диамезра, при раздаче до пластического растяжения напряжения в радиальном направлении будут находиться в упругой .зоне, Тогда по известной эмпирической зави1с си мости с ис пользованием с оот ношения (2) получают (1)ормулу для определения минимального радиуса контактного пятна, соотв етс твyю(!дьего нагрузке P: а = I, 11(Pr/E) = 1, 11

ЦЭ

2(/ < (ZrFz \ + 2coz (2

30 отноше»ие для определения площади контактного пятна:

z = )<<В<с

1 сс< (2

Уравнение баланса энергии в зоне ко»такта записывают в вице и

Z2 ° R к = С(Т + Q Т/2 — 20)т/(И

= С(Т„+ Т/2 — 20) p sv, (4)

40 где 1 — сила электротока;

С вЂ” теплоемкость металла заготовки при температуре нагрева

T HHil

45 Трз

+(Т/2 — максимально допустимая температура нагрева Тн заготовки (начальная температура заготовки принимается равной

5О» С) Ю

m — масса металла заготовки, нагреваемая в контактной зоне и. за время с контактным сопротивлением!

Н„= Р,(1 + O Tí)/(2 ) где !/ — удельное сопротивление метал",0 о ла заготовки при 20 С;

1636453

I)()(1 + dTg)PО /4Р— электросопротивление заготовки; периметр заготовки (ток течет параллельно по двум полупериметрам); площадь поперечного сечения заготовки (удваивается) °

m =Psl/ь =f)sv, h, где ) — удельная плотность металла заготовки;

1 — длина дуги заготовки, прошед- 1 шей зону контакта за время .

Величина электротока будет достигать своего максимального значения в момент нагрева заготовки до темпера- Zp туры Т в начальный период нагрева, когда теплоотдача в холодную оснастку

120 (Т „ gT/2 — 20)Fi z (1 + 2 сов(2"/z)j об/ьа н. (6)

1,11 С(Т„ + Дт/2 — 20)Р "I) = в дают ими нагрузкой P подводят ответный приводной ролик 3, вращают заготовку с расчетной скоростью V нагревают при помощи силового трансформатора 4 до номинальной температуры в зоне между роликами, ведут формообразование заготовки, не меняя скорости вращения приводного ролика и авто35 матически поддерживая постоянной температуру нагрева при помощи блока 5 управления и пирометра б с бесконтактным термодатчиком. По окончании цикла формообразования отключают на40 грев, разгружают заготовку, снимают деталь с оснастки.

Предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет нагревать кольцевые заготовки с допустимым перепа45 дом температуры по периметру без прогаров и прижогов металла, одновременно снизить трудоемкость и сократить количество заготовок при отладке процесса нагрева, уменьшить припуски на

50 механическую обработку по торцам заготовок. снижение температуры заготовки в местах контакта с формующими .роликами меньше допустимой. Болыпие скорости вращения заготовки нежелательны, так как из-за неровностей заготовки может произойти искрение и прижоги металла в контактной зоне.

Иаксимальное выделение тепла при нагреве кольцевых заготовок происходит в контактных зонах, максимальный отбор тепла происходит на формующих роликах, поэтому контроль нагрева заготовки до номинальной температуры

Т11 необходимо вести в зоне между роликами, а допустимое отклонение температуры АБДТ/2 обеспечивать условиями нагрева.

Способ осуществляется следующим образом.

Предлагаемый способ опробован на установке для ротационно-радиального формообразования с электронагревом заготовок из свернутых в кольцо и сваренных встык металлических полос без дополнительной механической обра,ботки боковых кромок.

g, - температурный коэффициент сопротивления металла при

20 С.

В равенстве (4).введена так называемая секундная масса металла внеш" них слоев Соковых кромок заготовки, нагреваемая в зоне контакта при скорости вращения заготовки v = 1/+ за время

Размерность (об/мин) получена делением линейной скорости (м/с). на периметр заготовки Рд (м) и умножением на 60 с.

Значение величины v определенное из соотношения (6), является оптимальным, так как при.меньших скоростях вращения заготовки возможен перегрев металла в контактных зонах и

Кольцевую заготовку 1 устанавливают на калибрующие (формующие) ролики 2 (два диаметрально противоположных выполнены токоподводящими) разбудет максимальной. При этом уравне-, ние баланса мощности, подводчмой для компенсации тепловых потерь, записывается в ниде

I Rp = ф (Tg — Ь Т/2 — 20) х

gР z /Í, (5) Подставляя величину I2 из соотношения (5) и (4), используя (3) и разрешая уравнение (4) относительно величины v получают соотношение для определения скорости вращения заготовки:

1636453

10 л

z?,t! + 2соэ(2ц/z}3

Т

P о

ДТ—

F

Ча пример, для заготовки из титанового сплава, при значении входных параметров: ф = 45,4 Вт/и ° С; Т11 = 800 С; 5 Т/2 = 30 С; Г = 0,0i)2 м ; z = 9; я = 8; P = 1,856 и; Н = 0,015 м, г = 0,05м; С =650 Вт с/кг С n=

1О

= 4500 кг/м ; Я = 0,001; рассчитано значение v = 2,1 об/мин.

Предлагаемьш способ по сравнению с известным позволяет повысить пляс15 тичность материала эагQToBKII при ее обработке и, как следствие, уменьшить усилия обработки, увеличить допустимые деформации материала заготовки, увеличить номенклатуру иэготавливае20 мых деталей, сакра гить количество переходов формообразования кольцевых деталей сложной форин? поперечного сечения, умень?цить технологические припуски на заготовки ° 25

Все эти преимущества обес печи??аются стабильным равномерным нагревом заготовок до требуемой температуры в процессе обработки. Например, эагото- 30

Вок иэ лис говь?х т??та??овь!х сила ВОН до температуры на 20-50 С ниже пере0 хода из устойчивои О(ба=ы в /5 фазу.

При этих температурах титаноиые сплавы значительно разупрочняются беэ

120%(Т H — ЬТ/2 — 20)Fg

1,11 С(Т?, + 6Т/2 — 20 где - коэффициент теплопроводности материала роликов, обрабатывающих заготовку, при 20 С, Вт/м С; ломи наль на я темпера тура нагрева заготовки, устраняющая явление наклепа в материале при деформации, ?С; величина допустимого перепада температуры нагрева вдоль периметра заготовки, С; максимальная площадь контакта заготовки с обрабатывающим роликом, м ; количество роликов, обрабатывающих заготовку; ухудшения механических свойств, и ??ожно нести обработку заготовки при малых энергозатратах. В каждом конк,"".."ном случае рекомендуется номинальная температура нагрева и интервал,ее 1?спустимых отклонений.

Экономическая эффективность предлагаемого способа по сравнению с известным заключается в снижении трудоемкости формообразующих операций, повышении качества деталей из высокопрочных сплавов, уменьшении расхода дорогостояших сплавов на заготовки. формула изобретения

Способ обработки кольцевых заготовок иэ высокопрочных сплавов, включающий установку заготовки между расположен??ь?ии по окружности формующими роли каин и привод??ы? ц? роли ка ми, вр ащение и радиальное растяжение заготовки до пласт??ческой деформации путем радиального перемещения формующих роликов, отличающийся тем, что, с целью повышения качества обработки, одновременно с вращением заготовку нагревают до но.;инальной температуры путем n:;: ïâîäà тока через диаметрально лротивс-положные формующие ролики к боковым кромкам заготовки, а скорость ч «ращения заготовки определяю г из соо гиошения: количество роликов, раздающих заготовку; теилоемкость материала заготовки при температуре Т,„, Вт с/кг С; периметр заготовки, м; средняя толщина металлической рубашки обрабатывающего ролика, и; плотность материала заготавKZ,/„,Çминимальный радиус кривизны ролика в зоне контакта, м; относительная деформация тангенциального растяжеffH$? заготовки, соответствующая пр 1делу упругости материала