СПОСОБ ФОРМОВКИ ПАТРУБКОВ В ЛИСТОВЫХ ДЕТАЛЯХ

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к листовой штамповке, и может быть использовано при изготовлении листовых деталей с патрубками, в том числе некруглой формы, используемых в авиационной, автомобильной и других областях промышленности.

Известен способ образования бортов вокруг предварительно пробитых технологических отверстий за счет растяжения металла с коэффициентом отбортовки K_отб=D/d_o, где D - диаметр горловины патрубка; d₀ - диаметр технологического отверстия (см. «Справочник по холодной штамповке». Романовский В.П., - Л.:«Машиностроение». 1971. С.278-290).

Недостатком данного способа является то, что коэффициент отбортовки определяется эмпирически, что не позволяет в полной мере учесть особенности конкретной заготовки, в частности: характер отбортовки и состояние кромок отверстий (сверление или пробивка, наличие или отсутствие заусенцев и пр.); толщины заготовки; рода материала и его механических свойств; формы рабочей части пуансона. Использование данного способа не позволяет обеспечить гарантированное качество изделия.

Известен способ отбортовки отверстий, включающий выполнение отверстия в заготовке с профилированным по толщине диаметром и отбортовку отверстия жестким спрофилированным в продольном направлении пуансоном.

(см. а.с. СССР №1430136, кл. B21D 19/00, 1988 г.).

Недостатком способа является необходимость специального профилирования кромки отверстия и рабочей части пуансона.

Известен способ оценки штампуемости листового металла при отбортовке путем изготовления плоских прямоугольной формы в плане образцов, пробивки и зачистки отверстия в центре симметрии образца, жесткого защемления периферийной части образца, приложение усилия отбортовки к кольцевой зоне деформирования, прилегающей к отверстию, до начала образования трещины на кромке отверстия, при этом получают партию образцов одинаковой длины и различной ширины, а предельные деформации определяют на основе измерения максимального и минимального размеров отбортованного отверстия в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

(см. а.с. СССР №1505627, кл. B2ID 19/00,. 1989 г.).

Недостатком способа является его высокая трудоемкость и невозможность обеспечения гарантированного качества изделия.

Известен способ получения борта отверстия сложного по геометрии в плане на детали, заключающийся в вырубке отверстия и последующей его отбортовке, при этом первоначально в местах, наиболее нагруженных при деформации, при отбортовке вытягивают местные углубления, затем вырубают отверстия, которые кромкой проходят по дну вытянутых углублений, после чего отбортовывают отверстия нужной формы

(см. патент РФ №2095176, кл. B2ID 19/00, 1997 г.) - наиболее близкий аналог.

Недостатком способа является необходимость введения дополнительной операции вытяжки местных углублений, при которой даже небольшое смещение данных углублений относительно наиболее нагруженного места может привести к браку детали.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение качества формовки патрубков за счет гарантированного исключения образования торцовых трещин при формовке патрубков в ответственных деталях из труднообрабатываемых материалов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе формовки патрубков в листовых деталях, включающем изготовление технологического отверстия в детали и формовку в ней патрубка путем отбортовки отверстия, которую проводят с допустимым коэффициентом отбортовки, новым является то, что перед формовкой патрубка проводят испытание листового образца с выполненным на нем отверстием на растяжение до появления первой трещины, определяют относительное удлинение материала образца δ_ЛОК в зоне образования первой трещины, с учетом которого задают диаметр технологического отверстия d₀ и допустимый коэффициент отбортовки К_отб, который определяют по зависимости: К_отб<1+δ_ЛОК.

При этом листовой образец выполняют из того же материала, что и деталь, длиной не менее 5 d₀, а шириной, равной ширине кольца.

Растяжение образца производят со скоростью, равной скорости отбортовки отверстия на промышленном оборудовании.

Отверстие в листовом образце для растяжения выполняют способом, применяемым при изготовлении технологического отверстия.

При формовке патрубков некруглой формы отверстие в листовом образце выполняют равным 2 г, где г - радиус перехода от прямолинейных к криволинейным участкам отверстия патрубка, а длину образца задают не менее 5L, где L - максимальный размер технологического отверстия по длине окружности кольца.

Определение коэффициента отбортовки и диаметра технологического отверстия с учетом блок позволяет точно определить для конкретной детали максимально допустимую величину коэффициента отбортовки, гарантирующую отсутствие торцевых трещин на патрубке.

Использование листового образца из того же материала, что и деталь, задаваемые размеры образца, выполнение отверстия в образце способом, применяемым при изготовлении отверстия в детали и растяжение образца до появления первой трещины со скоростью отбортовки патрубка в детали, позволяют физически максимально моделировать реальный процесс отбортовки патрубка.

На патрубках некруглой формы выполняют плавные переходы по радиусам от прямолинейных к криволинейным участкам. Именно эти участки являются концентраторами напряжений для образования первой трещины. Поэтому в листовом образце отверстие выполняют равным 2r, а длину образца не менее не менее 5L (ГОСТ 1497-84), где L - максимальный размер технологического отверстия по длине окружности кольца.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходя из чертежа детали и расположения на ней патрубков определяют направление (продольное, поперечное или под углом) вырезки образца, задают его длину (не менее 5L) исходя из размера технологического отверстия, ширину и получают отверстие способом его выполнения в детали. Затем на образец наносят делительную сетку с наиболее мелким размером в месте радиусов перехода. После этого образец передают для испытания на растяжение на испытательной машине до появления первой трещины. При ее образовании испытание останавливают, производят соответствующие измерения делительной сетки в зоне трещины и определяют относительное удлинение (δ_ЛОК) материала образца в зоне образования первой трещины при растяжении листового образца. δ_лок=l_{0 лок} - l_{к лок}/l_{0 лок} (где l_{0 лок} и l_{к лок} начальный и конечный размер делительной сетки в месте образования первой трещины). По нему определяют максимально допустимый для данных условий коэффициент отбортовки и с его учетом, и исходя из размеров патрубка задают диаметр технологического отверстия под отбортовку. Допустимый коэффициент отбортовки определяют перед формовкой патрубка по результатам испытания листового образца и при проведении отбортовки его задают с учетом зависимости: К_отб<1+δ_ЛОК, где: К_отб - допустимый коэффициент отбортовки; δ_ЛОК - относительное удлинение материала образца в зоне образования первой трещины при растяжении листового образца.

Сущность заявленного способа будет более понятна из приведенного ниже примера.

В качестве примера использования предлагаемого способа представлен процесс отбортовки патрубков силового кольца ГТД диаметром 578 мм, шириной 80 мм и толщиной листа 2 мм. Материал кольца - титановый сплав ОТ 4-1. Силовое кольцо имеет 6 располагаемых под углом 15° к образующей патрубков некруглой формы длиной 38 мм, шириной 19 , с радиусами перехода по краям патрубка 9,5 мм.

Сплав ОТ 4-1 относится к титановым сплавам повышенной пластичности и рекомендациями ВИАМ (см. «Авиационные материалы». - Том 5. - Магниевые и титановые сплавы. - М.: ВИАМ - ОНТИ. 1973. - С.371) при отбортовке отверстий допустимый коэффициент отбортовки выбирается из условия К_отб<1,55. Однако, как показали исследования, фактически, при отбортовке патрубков силового кольца с К_отб=1,42, то есть значительно менее допустимого, выше которого на торцах патрубков имели место многочисленные трещины.

Исследования механических свойств сплава при различных режимах отжига показало, что относительное удлинение сплава изменяется от 16 до 34%, в зависимости от температуры отжига (640-780°С). Изготовленный образец длиной 300 мм, шириной 80 мм с отверстием под отбортовку и радиусами скругления 9,5 мм (d₀=19 мм), с мелкой делительной сеткой в зоне радиусов, пройдя отжиг при 740°C, был подвергнут испытанию на растяжение до образования первой трещины. Измерения показали, что относительное удлинение в зоне трещины δ_ЛОК составило 0,35. То есть фактически допустимый коэффициент отбортовки патрубков силового кольца не должен превышать 1,35 (1+δ_ЛОК).

Все 6 патрубков силового кольца были отштампованы на роговом прессе 5 МН с коэффициентом отбортовки 1,34 при диаметре технологического отверстия 14,1 мм, выполненного механической обработкой с использованием пуансона с малыми радиусами закругления (3 мм).

Контроль цветной металлографией и люминисцентный контроль не обнаружили каких либо трещин и других дефектов на всех 6 патрубках.

Гарантированное повышение качества отбортовки в предлагаемом способе по сравнению с аналогами обеспечивается не путем изменения формы заготовки, инструмента и использования специальных приспособлений, а за счет точного определения допустимого коэффициента отбортовки для конкретных производственных условий и конкретного листового материала, используемого в производстве на данный момент (горячекатаный, холоднокатаный, отожженный и т.д) на листовом образце для растяжения, что позволяет практически полностью исключить брак при изготовлении ответственных деталей из труднообрабатываемых материалов.