Способ изготовления тонкостенных пластин с гофрированными участками

 

Использование: при изготовлении тонкостенных гофрированных пластин для теплообменников систем регенирации тепла газотурбинных двигателей. Сущность изобретения: в способе изготовления тонкостенных пластин с гофрированными участками, окруженными по периметру плоскими участками, процесс осуществляют за один прием путем продольной прокатки ленты в двух валках, калибровку которых на участках формирования гофров выполняют из условия h_г= (b_г·h_o)/ (l_г· λ_г). На одном из валков вдоль его продольной оси делают гладкие участки шириной L_п заподлицо с основанием калибров на расстоянии друг от друга L, соответствующем длине гофрированного участка. Диаметр валков выбирают из условия D = n (L+L_п)/ π. Зазор между валками на гладких участках по краям бочек устанавливают равным h_к = (l_г· h_г)/ b_г= h_o / λ_г, где h_о - толщина исходной ленты, b_г - ширина гофрированного участка, h_г - толщина стенки гофра, l_г - длина развертки гофрированного участка в поперечном направлении в плоскость, λ_г - коэффициент вытяжки металла на гофрированном участке в продольном направлении, n - число гофрированных участков по периметру бочки валка. 5 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области производства тонкостенных гофрированных пластин для теплообменников систем регенерации тепла газотурбинных двигателей (ГТД) и может быть использовано на моторостроительных предприятиях, производящих ГТД для авиации, водного и наземного транспорта.

В мировой практике передовой является тенденция применения теплообменников систем регенерации тепла ГТД, основным рабочим элементом которых является набор тонкостенных гофрированных пластин из многих тысяч штук. Такие пластины изготавливаются из нержавеющей стали толщиной 0,18-0,2 мм с гофрами высотой порядка 1,5-2,0 мм и с шагом гофров 2,0-3,0 мм. Таким образом, на базе 100 мм число гофров может достигать 50 штук. При этом участки гофров на готовой пластине по периметру окружены плоскими участками.

Известен способ получения гофрированных изделий из листовой заготовки путем формовки (гибки) на профилегибочных станах. Однако для изготовления пластин с участками гофров, окруженными по периметру плоскими участками, этот способ неприменим, т. к. он рассчитан только на случаи, когда гофры являются сквозными, т. е. нет поперечных плоских перемычек.

Наиболее близкой предлагаемому способу по достигаемому результату является технология изготовления тонкостенных гофрированных пластин, описанная в работе. Сущность этой технологии заключается в следующем. Вначале из ленты на штампе вырубается плоская пластина заданных размеров. Затем после термообработки и смазки заготовка устанавливается в штамп и осуществляется 1-й переход, т. е. штампуется неполный по размерам гофр. После этого заготовка извлекается из штампа и подвергается термообработке. Далее перечисленные операции повторяются 4-5 раз вплоть до получения полного профиля гофров.

Указанная технология имеет следующие недостатки: многооперационность и малая производительность; применение ручного труда и отсутствие возможности создания поточного производства; большое количество промежуточных термообработок; высокая себестоимость продукции.

Цель изобретения создание поточного механизированного производства пластин, увеличение производительности в несколько раз, исключение промежуточных термообработок, существенное снижение себестоимости изделий.

На фиг. 1 изображено расположение гофрированных участков, окруженных по периметру плоскими участками; на фиг. 2 калибровка валков для получения пластины с гофрированными участками; на фиг. 3 расположение калибров для получения пластины с гофрированными участками; на фиг. 4 пример реализации предложенного способа изготовления с конкретными размерами; на фиг. 5 разрез А-А на фиг. 4.

Процесс изготовления тонкостенных пластин с гофрированными участками (фиг. 1) осуществляют за один прием в режиме деформации ленты путем продольной прокатки в двух валках, В результате получают ленту с гофрированными участками длиной L и шириной b_г, разделенными плоскими поперечными участками заданного размера L_п. Таким образом, гофрированные участки окружены по периметру плоскими участками.

Для получения гофров требуемой формы и размеров на валках нарезаются калибры (фиг. 2). При прокатке, кроме деформации по толщине ленты в калибрах, происходит деформация ленты и в направлении ее длины (вытяжка). Поэтому, исходя из закона постоянства объема металла, калибровку выполняют из условия h_г=(b_г˙h_о)/(l_г˙λ_г), где h_г толщина стенки гофра; b_г ширина гофрированного участка; h_o исходная толщина ленты; l_г длина развертки гофрированного участка в поперечном направлении в плоскость; λ_г- коэффициент вытяжки металла на гофрированном участке в продольном направлении.

Поскольку на гофрированном участке происходит удлинение (вытяжка) металла, для сохранения плоскостности необходимо соответствующее удлинение плоских участков по краям ленты. Для этого зазор между валками на гладких участках по краям бочек (фиг. 2) устанавливают равным:
h_к=h_о/λ_г=(l_г˙h_г)/b_г.

С целью получения на ленте поперечных плоских участков на одном из валков вдоль его продольной оси делают гладкие участки шириной L_п заподлицо с основанием калибров на расстоянии друг от друга L, соответствующем длине гофрированного участка (фиг. 3). Из условия расположения на этом валке кратного числа гофрированных и плоских участков, его диаметр назначают по соотношению;
D n (L + L_п) / π, где n число гофрированных и, соответственно, плоских участков по периметру бочки валка.

При выполнении перечисленных выше условий путем высокопроизводительного процесса продольной прокатки со скоростью несколько метров в секунду обеспечивается изготовление тонкостенных пластин с гофрированными участками, окруженными по периметру плоскими участками, при сохранении плоскостности ленты. Непосредственно в линии стана или после термообработки в проходных печах возможна порезка ленты с помощью барабанных ножниц на отдельные пластины для осуществления с ними последующих операций, предусмотренных технологией изготовления теплообменников ГТД.

Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень", т. к. обеспечивает получение результатов, достижение которых не предусматривается известными техническими решениями.

П р и м е р. На опытном стане ЧГТУ предложенным способом прокатана партия пластин из рулонной ленты толщиной 0,18 мм. Марка стали 12Х18Н10Т. Диаметр валков стана был принят равным 240 мм для того, чтобы по периметру было равномерно расположено три гофрированных участка. Деформация ленты осуществлялась за один проход при скорости прокатки 500 мм/с. Приводным являлся нижний валок. Размеры ленты и гофрированных участков, а также поперечный профиль гофров показан на фиг. 4 и 5. После прокатки лента сохранила плоскостность. Сравнение предложенного способа и прототипа приведено в таблице.

Таким образом, предложенный способ позволяет:
в 9 раз уменьшить количество операций;
увеличить производительность в десятки раз;
создать поточное механизированное производство пластин;
исключить промежуточные термообработки;
снизить разнотолщинность стенок гофров с 40 до 5%
существенно уменьшить себестоимость пластин с гофрированными участками.

Формула изобретения

Способ изготовления тонкостенных пластин с гофрированными участками, окруженными по периметру плоскими участками, заключающийся в формообразовании путем обработки давлением, отличающийся тем, что процесс осуществляют за один прием путем продольной прокатки ленты в двух валках, калибровку которых на участках формирования гофров выполняют из условия

на одном из валков вдоль его продольной оси делают гладкие участки шириной L_п заподлицо с основанием калибров на расстоянии L друг от друга, соответствующем длине гофрированного участка, при этом диаметр валков выбирают из условия

а зазор между валками на гладких участках по краям бочек устанавливают равным

где h_о толщина исходной ленты;
b_г ширина гофрированного участка;
h_г толщина стенки гофра;
l_г длина развертки гофрированного участка в поперечном направлении в плоскость;
λ_г коэффициент вытяжки металла на гофрированном участке в продольном направлении;
n число гофрированных участков по периметру бочки валка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7