Устройство для формообразования деталей из жаропрочных сталей

Авторы патента:

Устройство относится к области обработки металлов давлением, а именно к оборудованию для формообразования деталей из жаропрочных сталей методом пластической деформации и может быть использовано, например, при изготовлении дисков газотурбинных двигателей из титановых и никелевых сплавов.

Устройство содержит печь 1, раскатные головки 2 с вращающимися и перемещающимися роликами 3, узел крепления заготовки обрабатываемой детали 4 в виде пинолей 5 с исполнительными механизмами 6 для обеспечения вращения заготовки детали, регулируемый вентиль 7 с исполнительным механизмом для создания в заготовке детали регламентированного перепада температур посредством системы охлаждения 8. Контрольно-измерительная аппаратура режима раскатки включает блок управления 9, соединенных с блоком управления, дополнительные термодатчики 10 и 11, соответственно, один из которых установлен с возможностью измерения температуры в создаваемой роликами зоне внеконтактной деформации детали, а другой - вне этой зоны на раскатанной части детали. В качестве этих термодатчиков могут быть использованы пирометры, установленные на кронштейне 12. Для обеспечения работы пирометров в стенке печи выполнено смотровое окно 13, закрытое кварцевым стеклом.

Использование устройства позволяет улучшить качество формообразования деталей, выдерживать их геометрические параметры в пределах допуска.

Известно устройство для формообразования деталей из жаропрочных сталей, содержащее печь, внутри которой смонтированы раскатные головки, с установленными в них роликами, узел крепления и вращения формуемой детали в виде пинолей, систему для создания в формуемой детали регламентированного температурного перепада, а также контрольно-измерительную аппаратуру режима раскатки, включающую термодатчики, соединенные через блок управления с исполнительными механизмами.

(см. Патент РФ 2134175, В21Н 1/00, 1997 г.)

При работе этого устройства заготовка формуемой детали устанавливается и фиксируется между пинолями узла фиксации в печи. После этого деталь вместе с пинолями приводится во вращение. Введение вращающихся роликов в соприкосновение с деталью в начальном положении перед раскаткой производится с помощью датчиков нагрузки, которые реагируют на усилие соприкосновения роликов с деталью соответствующим сигналом. Затем открывается регулируемый вентиль для подачи хладагента и создания в детали регламентированного перепада температур. После достижения в формуемой детали температуры деформации начинается процесс раскатки путем внедрения роликов в раскатываемую часть и перемещения по радиусу согласно программе, обеспечивающей формообразование заданного профиля детали.

Недостатком данного оборудования является низкое качество получаемой продукции, поскольку в процессе формообразования детали возникает внеконтактная деформация ее раскатанной части в виде утонения, что искажает заданную геометрию изделия.

Технический результат - устранение указанного недостатка путем повышение точности замеров температуры и оперативного регулирования регламентированного перепада температур в зоне контакта раскатных роликов с раскатанной частью детали.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для формообразования деталей из жаропрочных сталей, содержащем печь, внутри которой смонтированы раскатные головки, с установленными в них роликами, узел крепления и вращения обрабатываемой детали в виде пинолей, систему для создания в формуемой детали регламентированного температурного перепада, а также контрольно-измерительную аппаратуру режима раскатки, включающую термодатчики, соединенные через блок управления с исполнительными механизмами, контрольно-измерительная аппаратура оснащена, по крайней мере, одной парой, соединенных с блоком управления, дополнительных термодатчиков, один из которых установлен с возможностью измерения температуры в создаваемой роликами зоне внеконтактной деформации формуемой детали, а другой - вне этой зоны на ее раскатанной части.

Предпочтительно в качестве дополнительных термодатчиков, использовать пирометры, при этом в стенке печи в зоне действия пирометров следует выполнить смотровое окно, закрытое кварцевым стеклом.

В результате проведенных исследований было установлено, что в процессе формообразования деталей из жаропрочных сталей имеет место распространение зоны внеконтактной деформации на уже раскатанную часть детали из-за неконтролируемого температурного перепада в зоне контакта раскатных роликов с деталью и смежными с этой зоной элементами детали. Поэтому для устранения этого недостатка необходимо регулирование температуры нагрева и охлаждения детали с учетом факторов проявления неконтролируемой внеконтактной деформации раскатанной части детали.

Устройство для формообразования деталей из высокопрочных сталей схематично изображено на фиг.1.

Устройство содержит печь 1, раскатные головки 2 с вращающимися и перемещающимися роликами 3, узел крепления заготовки формуемой детали 4 в виде пинолей 5 с исполнительными механизмами 6 для обеспечения вращения заготовки детали, регулируемый вентиль 7 с исполнительным механизмом для создания в заготовке детали регламентированного перепада температур посредством системы охлаждения 8. Контрольно-измерительная аппаратура режима раскатки включает блок управления 9, соединенные с блоком управления, дополнительные термодатчики 10 и 11, соответственно, один из которых установлен с возможностью измерения температуры в создаваемой роликами зоне внеконтактной деформации детали, а другой - вне этой зоны на раскатанной части детали. В качестве этих термодатчиков могут быть использованы пирометры, установленные на кронштейне 12. Для обеспечения работы пирометров в стенке печи выполнено смотровое окно 13, закрытое кварцевым стеклом. Датчики регистрирующие давление роликов на деталь и температуру в печи на чертеже не показаны.

Устройство работает следующим образом:

Заготовка детали 4 устанавливается в печи 1 с помощью вращающих пинолей 5. Раскатные головки 2 вместе с роликами 3 устанавливаются под заданным углом и на заданном диаметре заготовки детали. По достижении заданной температуры раскатки, ролики и пиноли вместе с заготовкой детали приводятся во вращение исполнительным механизмом 6, после чего начинается непосредственно процесс раскатки. С некоторым заданным смещением во времени после начала раскатки, когда образуется зона внеконтактной деформации, по командам из блока управления 9 включается регулируемый вентиль 7 для создания в детали регламентированного перепада температур, а именно, по каналам системы охлаждения 8 в пинолях начинается циркуляция хладагента к детали. Степень охлаждения определяется регламентированным перепадом температуры в зоне раскатки детали. Термодатчики 10 и 11 контролируют, соответственно, температуру в зоне внеконтактной деформации и вблизи границы между этой зоной и раскатанной частью детали, не подвергаемой за счет охлаждения деформации. При выборе в качестве термодатчиков пирометров, их устанавливают на кронштейне 12, с возможностью бесконтактного замера температур через смотровое окно 13 в стенке печи. Информация от этих датчиков поступает в блок управления, с помощью которого производиться оперативная коррекция программы регламентированного перепада температуры и выдача соответствующих команд исполнительному механизму регулируемого вентиля 7 на изменение температурного режима охлаждения обрабатываемой детали.

Экспериментальная проверка работы устройства показала, что все полученные после раскатки детали, характеризуются размерами и геометрическими параметрами, выдержанными в пределах допуска.

Рентгенографический анализ готовых деталей после их отжига показал отсутствие скрытых дефектов в структуре материала.

1. Устройство для формообразования деталей из жаропрочных сталей, содержащее печь, внутри которой смонтированы раскатные головки с установленными в них роликами, узел крепления и вращения формуемой детали в виде пинолей, регулируемый вентиль для создания в формуемой детали регламентированного температурного перепада, а также контрольно-измерительную аппаратуру режима раскатки, включающую термодатчики, соединенные через блок управления с исполнительными механизмами, отличающееся тем, что контрольно-измерительная аппаратура оснащена по крайней мере одной парой соединенных с блоком управления дополнительных термодатчиков, один из которых установлен с возможностью измерения температуры в зоне внеконтактной деформации формуемой детали, смежной с зоной контакта раскатных роликов с деталью, а другой - на раскатанной части детали.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве дополнительных термодатчиков использованы пирометры, при этом в стенке печи в зоне действия пирометров выполнено смотровое окно, закрытое кварцевым стеклом.