CC BY
27
УДК 539.374; 621.983
С.С. Яковлев, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82,
mpf-tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
С.Н. Ларин, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-14-82,
mpf-tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
В.Н. Чудин, д-р техн. наук, проф., (499) 901-51-44,
mpf-tula@rambler.ru (Россия, Москва, МИИТ)
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДВУХ- И ТРЕХСЛОЙНЫХ ЛИСТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Приведены технологические схемы изготовления двух- и трехслойных листовых конструкций из высокопрочных листовых материалов.
Ключевые слова: высокопрочный материал, деформирование, пневмоформовка, сварка, давление, температура, толщина, лист, заготовка, предельные возможности.
Радиаторы в космических аппаратах устанавливают по внутренним и наружным поверхностям корпусов приборных и специальных отсеков, где необходимо поддерживать заданный температурный режим. Таким образом, из панелей компонуют цилиндрические внутренние и внешние оболочки, повторяющие контур отсека и образующие узел системы терморегулирования. Конструктивно радиаторная панель представляет собой два беззазорно соединенных длинных листа с каналами между ними для циркуляции теплоносителя (рис. 1).
Профиль сечения канала имеет заданную геометрию, а сам канал может быть одно- или двухсторонним. Применяемые материалы - типа АД1-АД1, АД1-АМг6, 1511- АМг6. Толщины листов 1...1,5 мм для радиаторов с двухсторонним каналом (АД1-АД1) и для радиаторов с односторонним каналом (АД1-АМг6). Радиаторы из листовых титановых сплавов типа ВТ6С применяют в узлах конструкций других функциональных назначений.
а
б
Рис. 1. Радиаторы (а), панели гофровые 3-слойные (б)
Традиционный технологический процесс изготовления алюминиевых радиаторных панелей включает в себя следующие операции: соединение прокаткой в валках двух листов, на которые нанесены антисварочным покрытием рисунки каналов. Прокатка не обеспечивает необходимой геометрии каналов при сварке, что приводит в дальнейшем к браку по геометрии каналов до 70...80 %. Предлагаемый вариант технологии сводится к проведению на одной позиции обработки процесса, состоящего из последовательно выполняемых операций диффузионной сварки давлением газа двух листов и формообразования каналов газом, подаваемым между листами [1-3].
Точность расположения каналов и их геометрия здесь определяются только оснасткой. Порядок операций и режимы обработки представлены в табл. 1.
Таблица 1
Типовой технологический процесс (маршрут) формообразования двухслойных радиаторных панелей
№ Операция Технологические режимы
Температура, 0 С Давление, МПа Время, мин
1 Подготовка исходных заготовок (резка, обезжиривание, травление, промывка, сушка) По отдельным технологическим процессам
2 Нанесение антидиффузионного покрытия на поверхности заготовок, соответствующие каналам (титановые сплавы). Ионное травление в аргоне и вакуумное нанесение меди на поверхности заготовок, подлежащих соединению (алюминиевые сплавы) То же 900...930 510...530
3 Сборка пакета из двух заготовок и установка в штамп и в вакуумную камеру
4 Нагрев заготовок с вакуумированием 900...930 510...530 133,3-10"3 Па 66,7 -10"2 Па До 200
5 Подача аргона на заготовки и диффузионная сварка заготовок с выдержкой под давлением 900...930 510...530 4...4,5 2,5...3,0 До 40..50
6 Силовое смыкание штампа. Переключение подачи аргона между заготовками к местам формообразования каналов. Формообразование давлением газа 900...930 510...530 1.1,5 20...30
Окончание табл. 1
№ Операция Технологические режимы
Температура, 0 С Давление, МПа Время, мин
7 Снятие давления, подача и выключение газа. Охлаждение при закрытом штампе в проточном аргоне До 200 200...300
8 Раскрытие штампа. Охлаждение. До 70 20...30
9 Раскрытие камеры и съем изделия По отдельным технологическим процессам
10 Подготовка к последующим операциям
Примечание: в числителе приведены значения технологических режимов для титановых сплавов, а в знаменателе - для алюминиевых сплавов.
В целом содержание операций состоит для титановых сплавов из нанесения антидиффузионного покрытия (нитрид титана) на места, не подлежащие диффузионным соединениям, сварки в аргоне или вакууме давлением газа при необходимых температурах и выдержках и последующего местного выпучивания не сваренных зон листов газом, подаваемым между листами. Для различных алюминиевых панелей нет необходимости закрывать зоны сварки антидиффузионным покрытием, так как его роль играет окисная пленка. Здесь необходимо, наоборот, открыть эти зоны. Это достигается ионным травлением пленки в ионах аргона и закрытие поверхности слоем меди вакуумного напыления. После этого листы диффузионно соединяют в вакууме давлением газа. Медь при этом активизирует процесс, связывая свободный кислород на поверхностях соединений. Далее каналы раздувают газом. По основным операциям сказанное проиллюстрировано операционными эскизами, представленными в табл. 2. Следует отметить, что диффузионное соединение в твердой фазе не нарушает структуры материалов, равнопрочно им, и это обеспечивает высокий уровень коррозионной стойкости и герметичности.
Таблица 2
Эскизы переходов_
№ операции Эскиз операции
Титановые сплавы Алюминиевые сплавы
2 1 \ \\ 1 \ \ 1 \ Си 1 1 1 Ч 1 1 1 -^ у/ У-^-\ Меднение
Окончание табл. 2
№
операции
Эскиз операции
Титановые сплавы
Алюминиевые сплавы
5
6, 7
Для некоторых аппаратов функции радиатора выполняют трехслойные гофровые корпуса. Здесь обычно используют циркулирующий жидкий азот в качестве среды терморегулирования. Кроме того, такие конструкции образуют корпуса сбрасываемых головных обтекателей. По штатной конструкции это гофровые цилиндрические или конические оболочки, соединяемые заклепками с внутренней гладкой оболочкой и арго-нодуговой сваркой - с наружной. Ограниченный уровень герметичности сварных швов лимитирует срок эксплуатации изделий. Слесарно-клепальные работы трудоемки. Разработан новый вариант конструкции и технологии изготовления гофровой панели: диффузионная сварка газом листов в пакете и формообразование растяжением внутреннего листа давлением подаваемого между листами газа [1, 2]. Порядок операций приведен в табл. 3, а эскизы основных переходов - в табл. 4.
Единство процессов изготовления радиаторных и гофровых панелей заключается в общности операций соединения и формообразования. В первом случае имеет место соединение листов диффузионной сваркой, во втором - сваркой плавлением. Операции формообразования газом как технологическое действие идентичны.
Таблица 3
Типовой технологический процесс (маршрут) формообразования трехслойных гофровых панелей
№ п/п Операция Технологические режимы
Температура, 0 С Давление, МПа Время, мин
1 Подготовка исходных заготовок (резка, обезжиривание, травление, промывка, сушка) По отдельным технологическим процессам
2 Электронно-лучевая сварка трех листов в пакете с глубиной шва на две заготовки с переворотом пакета заготовок То же
3 Установка пакета из трех заготовок в штамп. Нагрев заготовок. Закрытие штампа. Герметизация пакета по контуру прессовым давлением 875...930 450...500 10...15 До 300
4 Подача газа в пакет. Формоизменение 875...930 450...500 1.1,5 20
5 Выдержка под давлением газа 875...930 450...500 1.1,5 10...15
6 Охлаждение в закрытом штампе при постепенном сбросе давления газа До 200 До 300
7 Выключение подачи газа. Раскрытие штампа. Охлаждение До 70 20...30
8 Полное раскрытие штампа. Съем изделия По отдельным технологическим процессам
9 Подготовка к последующим операциям
Примечание: в числителе приведены значения технологических режимов для титановых сплавов, а в знаменателе - для алюминиевых сплавов.
Таблица 4
Эскизы переходов
№
операции
Эскиз операции
Промышленные образцы радиаторных двухслойных панелей и трехслойные гофровые корпусные панели показаны на рис. 2 и 3. Использованы листовые заготовки исходной толщиной 1 мм; габариты конструкций -до 500 х 500 мм при строительной высоте 10...30 мм.
б
Рис. 2. Радиаторные панели из сплавов АД1 + АМг6 (а) и 1511+АД1 (б)
б
Рис. 3. Панели гофровые из титанового ВТ14 (а) и алюминиевого 1911 (б) сплавов
Новые технологические процессы обеспечивают увеличение удельной прочности в 1,5-1,7 раз; уменьшение массы в 1,5 раза; снижение трудоемкости в 2-3 раза; увеличение коэффициента использования материала с 0,3 до 0,9.
Работа выполнена по государственным контрактам в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы и грантам РФФИ.
Список литературы
1. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов / С.П. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2004. 427с.
2. Изотермическая пневмоформовка анизотропных высокопрочных листовых материалов / С.С. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2009. 352 с.
3. Ларин С.Н., Чудин В.Н., Яковлев С.С. Технологические процессы
125
формоизменения двух- и трехслойных конструкций // Кузнечно-штамповочное производство. 2010. №10. С. 45-48.
S. S. Yakovlev, S. N. Larin, V. N. Tchudin
TECHNOLOGICAL SCHEMES OF MANUFACTURING OF TWO— AND THREE-LAYER SHEET DESIGNS
Technological schemes of manufacturing of two - and three-layer sheet designs from high-strength sheet materials are provided.
Key words: high-strength material, deformation, pnevmoformovka, welding, pressure, temperature, thickness, leaf, preparation, limiting possibilities.
Получено 07.02.12
УДК 621.73
Р.А. Тушин, асп., (4872) 35-14-82,
mpf -tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ВЛИЯНИЕ ТЕРМООБРАБОТКИ МАТЕРИАЛА НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ГИЛЬЗЫ
Приведен анализ механических свойств и образования дефектов в гильзе при неверно выбранных режимах термообработки латунных гильз при заданных режимах деформирования полуфабрикатов.
Ключевые слова: отжиг, деформирование, латунь, трещины, выстрел.
В настоящее время производится много различных наименований стрелковых систем: начиная от пневматического и малокалиберного оружия и заканчивая охотничьим. Разумеется, для использования, например, на соревнованиях или охоте такого оружия необходимы патроны. Производство патронов носит массовый характер, поэтому процесс их изготовления должен быть наиболее простым и наименее затратным. Одной из составных частей патрона является гильза, которая может быть стальной, латунной или биметаллической. Выбор материала гильзы и совершенствование технологии ее изготовления имеют немаловажное значение для обеспечения надежности действия оружия.
В качестве основного материала для большинства гильз используется латунь Л70 ГОСТ 15527-70 или ее импортный аналог. Латунь представляет собой медно-цинковый сплав, механические свойства которого в основном зависят от содержания цинка, что и подтверждается диаграммой
126
