Способ изготовления металлических мембран

 

Союз Советскик

Социалистическими

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 121179 (21) 2 84 0 7 37/2 5-2 7 .с присоединением заявки No893389 (51)М. Кл

В 21 К 23/00

Н 04 R 7/00

Государственный комитет

ССС P но делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 301281 Бюллетень No 48 (53) УДК 621. 73 (088. 8) Дата опубликования описания 301281 (72) Авторы изобретения

A.Ô.Àõìåðoâ и В.А.Смирнов

Казанский ордена Трудового Красного Знамени авиационный институт им.A.Н.Туполева (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МЕМБРАН

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при изготовлении плоских и гофрированных мембран.

Известен способ изготовления металлических мембран вырубкой кружков из равнотолщинной листовой заготовки с последующей их гофрировкой при изготовлении гофрированных мембран и без гофрировки — при изготовлении плоских мембран (1 ).

Однако при погружении давлением равнотолщинной мембраны, полученной известным способом, эквивалентные напряжения в ней распределяются не- 15 равномерно (минимальны в центре и максимальны в заделке). Для гофриро— ванных мембран рост напряжений от центра к заделке идет волнообразно с максимумом на перегибах гофрировки. 2О

Неоднородное распределение напряжений в равнотолщинной мембране ведет к возникновению в наиболее нагруженных зонах локальных пластических деформаций, обусловливающих большие значения упругих несовершенств, нестабильность упругих свойств и снижающих усталостную прочность.

Цель изобретения - повышение упpyro-прочностных, свойств мембраны. N

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления мембран из листовых заготовок заготовку подвергают формоизменению с перераспределением ее материала по толщине до получения полуфабриканта, отношение толщины центральной части которого к толщине периферийной части соответствует закономерности распределения средних эквивалентных напряжений в равнотолщинной мембране, нагруженной предельной эксплуатационной нагрузкой.

При этом формоизменение производят преимущественно объемной штамповкой.

На фиг.1 .показан пример осуществления способа .при формоизменении объемной штамповкой; на фиг.2 — эпюра эквивалентных напряжений у мембраны, изготовленной из заготовки с перераспределением материала, где по оси ординат отложено отношение эквивалентного напряжения (КзКВ к максимальному рабочему давлению Р, а по оси абсцисс радиус мембраны r.

Изготовление мембраны переменной толщины м6жно вести по двум вариантам.

Первый вариант. После вырезки кружков из листовой заготовки тол893389 шиной h обусловленной заданной чувствительностью мембраны,изменяют ее толщину путем объемной штамповки, раскатки или другим способом, а затем производят гофрообразование.

Второй вариант. После вырезки кружков из листовой заготовки толщиной h>, обусловленной предельно допустимыми напряжениями в заделке и гофрообразования уменьшают толщину центральной части мембраны, например, струйно-абразивной обработкой или другим методом.

Изменение толщины мембраны при ее изготовлении как по первому, так и по второму варианту должно удовлетво- 15 рять отношению

Ьэ якв аря

Р

"о (экв сакэ где h, h - толщина мембраны в задел-20

3 о ке (на периферии) и в центре, а „, „ — средние эквивалентные напряжения в центре и заделке равнотолщинной

25 мембраны (беэ операции изменения толщины).

Как видно из графика (фиг.2) среднее эквивалентное напряжение б эквср

1 1

= r (3,Ä,-()a. в мембране с перераспреде- 30 о ЭКВ8 j ленйем материала одинаково в центре и на периферии, где ()э в „- — текущее значение эквивалентного напряжения.

p H M e p° . Упругая характерис 35 тика мембраны, характеризуемая прогибом центра (у) в зависимости от давления P определяется выражением

Р 4 )о 64Р где R — радиус мембраны; 40 ,Π— жесткость.

Eh+

0=-- -4.-- (2)

12Т1-д ) где E — модуль упругости материала мембраны, 45 толщина заготовки, определяемая заданной чувствительностью т.е. эксплуатационными требованиями,,0 — коэффициент Пуансона. 50

Эквивалентные напряжения в центре бЭ В ро пРи 1Ц=О,З опРеДелЯютсЯ выРа жением

55 а в заделке

PR б =О,ббб--у (4) мв срв Ьф

Отношение среднйх эквивалентных напряжений в равнотолщинной мембране определяет отношение толщин центра и 60 заделки в мембране переменной толщины. Так как зависимость Oe scp =< (Ьи1 квадратная, та

1 Юр Р т" 1 188 (8)

"о (у э в ср о 0 8488 откуда Ьз =1, 168hp (6)

Чтобы выразить h9 и hp в зависимости от исходной толщийы h используем равенство объемов равнотолщинной мембраны и мембраны переменной толщины. Предполагая линейный характер изменения. толщины, условие равенства объемов запишется

Ж R Ь =ЯК (- -- ), (7) откуда с учетом (6) получаем

Ьв =0 9.23Ьи, (8)

18077пиПри данном изменении толщины (в первом приближении) для эквивалентных напряжений в центре и заделке получаем

=0,572---, Q =0,574- - 9)

Эквсро h > -эквсрь h и ( т.е. происходит выравнивание напряженного состояния мембраны и уменьшение (примерно на 16%) опасных напряжений в заделке.

Операция изменения толщины осуществляется объемной штамповкой по схеме, приведенной на фиг.1, где обозначены матрица 1, диаметр отверстия которой равен диаметру заготовки мембраны, пуансон 2, профилированный в соответствии с законом изменения толщины, установленной первым этапом расчета и упор-выталкиватель 3.

Изменение толщины осуществляется следующим образом.

Заготовка 4 толщиной h „ укладывается в матрицу 1 и формуется последующим ударом пуансона 2. Усилие штамповки определяется по формуле

P=gf, где g - давление, выбираемое в зависимости от материала заго2. товки, f=1ÁÂ - площадь поверхности мембраны.

Выталкивание заготовки иэ матрицы осуществляется упором-выталкивателем 3.

Использование предлагаемого способа изготовления металлических мембран обеспечивает по сравнению с известным †. улучшение условий работы нагруженной мембраны и повышение ее качества — упругих характеристик и долговечности за счет изменения толщины путем перераспределения материала заготовки возможность облегчения мембран и экономии материала.

Формула изобретения

1. Способ изготовления металлических мембран из листовых заготовок, о т л и ч а þ ù è é с я тем, что, со целью повышения упруго"проч893389

6зк

SDD0

Гим Я

Рию.2

Составитель О.Корабельников

Техред A. Ач . Корректор О.Билак

Редактор Л.Филь

Заказ 11332/13 Тираж 743 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,4 ностных свойств мембран, заготовку подвергают формоизменению с перераспределением ее материала по толщине до получения полуфабриката,, отношение толщины центральной части которого к толщине периферийной части соответствует закономерности распределения средних эквивалентных напряжений в равнотолщинной мембране, нагруженной предельной эксплуатационной нагрузкой.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что формоизменение осуществляют путем обьемной штамповки.

5 Источники информации, принятые во внимание при экспертиэе

1. Андреева Л.Е. Упругие элементы приборов. М., Машгиз, 1962,с.229-236, (прототип),