CC BY
37
УДК 621.983; 539.374
ИЗОТЕРМИЧЕСКАЯ ПНЕВМОФОРМОВКА КУПОЛООБРАЗНЫХ ДЕТАЛЕЙ С РЕГУЛИРОВАНИЕМ УТОНЕНИЯ СТЕНКИ
С.Н. Ларин, Я.А. Соболев, В.И. Платонов, С.С. Яковлев (мл.)
Приведены результаты экспериментальных исследовании изотермической пневмоформовки куполообразных деталей из титанового сплава ВТ23 с регулированием утонения стенки в режиме кратковременной ползучести.
Ключевые слова: технологические параметры, высокопрочные материалы, куполообразные детали, гтевмоформовка, ползучесть, давление, разрушение, толщина стенки.
Шаровые оболочки емкостей для компонентов топлива, стенки и перегородки отсеков являются типовыми изделиями отрасли. Традиционные варианты их производства представляют собой многопереходную прессовую вытяжку с промежуточными термообработками или молотовую штамповку в подкладных штампах [1-3].
Экспериментальные исследования проводились с целью отработки технологических схем изготовления, возможностей их реализации, установления температурно-скоростных режимов деформирования, определения давления газа, предельных степеней деформации и оценки качества
изделии, а также проверки соответствия результатов теоретических расчетов экспериментальным данным. Оценка качества включала следующие показатели: соответствие геометрических размеров куполообразных деталей чертежам, металлографию материала и прочность конструкции по условиям отраслевых нормативов.
Отработан технологический процесс изготовления куполообразных деталей из титанового сплава типа ВТ23. Чертеж куполообразной детали показан на рис. 1. Закон изменения давления во времени рассчитывался по рекомендациям, приведенным в работах [4-6].
Рис. 1. Чертеж куполообразной детали
149
Рис. 2. Технологическая оснастка для изотермической пневмоформовки куполообразных деталей из титанового сплава ВТ23
Схема замеров толщины куполообразной детали, полученной изотермической пневмоформовкой, приведена на рис. 3.
Рис. 3. Схема замеров толщины куполообразной детали
На рис. 4 построен профиль оболочки по результатам замеров толщины куполообразной детали, полученной при формовке.
Рис. 4. Профиль куполообразной детали 0575 мм, изготовленной из листовой заготовки толщиной 3,6 мм
Выполнены экспериментальные исследования куполообразных деталей и результаты замеров толщины куполообразной детали, полученной изотермической пневмоформовкой из листовых заготовок различной начальной толщины.
На рис. 5 приведены куполообразные детали при исходной толщине заготовки ^о = 3,6 мм.
Рис. 5. Куполообразная деталь (sо = 3,6 мм)
Металлографические анализы показывают, что при формообразовании практически не происходит роста зерна материала при исходном его размере в пределах 5...10 мкм. Этот фактор позволяет обеспечить длительную прочность, коррозионную стойкость изделий и сохранить их герметичность в заданных условиях эксплуатации.
При отработке изотермической пневмоформовки полусферических деталей из титанового сплава ВТ23 были применены два варианта штамповки деталей с регулированием утонения стенки. Первый вариант заключается в предварительной неглубокой вытяжке листовой заготовка из титанового сплава ВТ23. Схема вытяжки листовой заготовка приведена на рис. 6.
165
Л 43 f ч 210
375
Л '30 А-А 12)
ФЬ 75
§ ч>
137,5 I
Рис. 6. Предварительно вытянутая заготовка из титанового сплава ВТ23
Второй вариант заключается в предварительной изотермической пневмоформовке листовой заготовки на вкладыш. На втором переходе осуществляется окончательная изотермическая пневмоформовка (рис. 7) с контролем геометрических характеристик изготавливаемых полусферических деталей 0575 мм. Изотермической пневмоформовке подвергались листовые заготовки из титанового сплава ВТ23 толщиной 3,6 мм при температуре обработки T = 800 °С. Закон изменения давления во времени был
т-г П
следующий: p = apfnp , где ap = 0,00097 МПа / c p ; Пр = 0,8911.
Экспериментально установленные зависимости изменения толщины стенки куполообразной заготовки на первом и втором переходах изотермической пневмоформовки показаны на рис. 8 и 9.
Рис. 7. Расчетная схема пневмоформовки куполообразных деталей с регулированием утонения стенки
Рис. 8. Изменение толщины вдоль образующей на первом переходе: 1 - Ь=20 мм; 2 - Ь=30 мм; 3 - Ь=40 мм; 4 - Ь-50 мм
Анализ графических зависимостей показывает, что с увеличением высоты пневмоформовки Ъ изменение толщины вдоль образующей оболочки значительно уменьшается. Сопоставление теоретических и экспериментальных данных по геометрическим размерам заготовки (толщины и высоты мембраны на этапах деформирования) указывает на удовлетворительное их согласование (до 10 %).
По сравнению с традиционной многопереходной штамповкой, последующей механической обработкой и пригонкой предлагаемый технологический процесс обеспечивает снижение трудоемкости в 2 - 3 раза, расход металла - в 3 - 5 раз, повышение точности геометрии изделия - в 5-7 раз.
3,5
3,0 А 2,5
^ 2,0 мм
1,5
1
0 0,05 0,1 0,15 0,20 0,25 -^
Л, м
Рис. 9. Изменение толщины вдоль образующей на втором переходе: 1- свободная превмоформовка; 2 - Ь=20 мм;
3 - Ь=30 мм; 4 - Ь=40 мм; 5 - Ь-50 мм
Работа выполнена в рамках базовой части государственного задания №2014/227 на выполнение научно-исследовательских работ Министерства образования и науки Российской Федерации на 2014 - 2020 годы и гранта РФФИ № 14-08-00066 а.
Список литературы
1. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов / С.П. Яковлев, В.Н. Чудин, С.С. Яковлев, Я.А. Соболев. М.: Машиностроение, 2004. 427 с.
2. Изотермическая пневмоформовка анизотропных высокопрочных листовых материалов / С.С. Яковлев, В.Н. Чудин, Я.А. Соболев, С.П. Яковлев, В.И. Трегубов, С.Н. Ларин. М.: Машиностроение, 2009. 352 с.
3. Ковка и штамповка: справочник в 4 т. Т. 4. Листовая штамповка / под общ. ред. С.С. Яковлева; ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2010. 732 с.
4. Математическая модель изотермического деформирования куполообразных оболочек из анизотропных материалов в режиме ползучести / С.Н. Ларин, С.С. Яковлев, В.И. Платонов, Я.А. Соболев // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. Вып. 3. С. 168 - 174.
5. Силовые режимы изотермической пневмоформовки куполообразных деталей из высокопрочных трансверсально-изотропных материалов в режиме вязкого течения / С.С. Яковлев, С.Н. Ларин, В.И. Платонов, Я.А. Соболев // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. Вып. 4. С. 47 - 55.
154
5 4
3
6. Ларин С.Н., Яковлев С.С., Платонов В.И. Предельные возможности изотермического деформирования куполообразных оболочек из высокопрочных анизотропных материалов в режиме вязкого течения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. Вып. 5. С. 43-48.
Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, доц., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Соболев Яков Алексеевич, д-р техн. наук, проф., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Москва, ООО "Вектор",
Платонов Валерий Иванович, канд. техн. наук, доц., mpf-tula@rambler.ru., Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Яковлев Сергей Сергеевич (мл.), студент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ISOTHERMAL PNEVMOFORMING DOMED PARTS WITH WALL THINNING
REGULATION
S.N. Larin, Ya.A. Sobolev, V.I. Platonov, S.S. Yakovlev
The results of experimental studies of the isothermal pnevmoforming-domed parts of titanium alloy VT23 with the regulation of UTO-tion wall in the mode of short-term creep.
Key words: process parameters, high-strength materials, dome-shaped details, pnevmoforming, creep, pressure, destruction of the wall thickness.
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Sobolev Yakov Alekseevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Moscow, OOO "Vektor",
Platonov Valeriy Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yakovlev Sergey Sergeevich (ju.), student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
