RU2286862C1 - Ring making method - Google Patents

Abstract

FIELD: plastic metal working.

SUBSTANCE: invention can be used in metallurgy and aircraft industry at manufacture of important parts, mainly, parts of gas-turbine engines. According to proposed method, blank is subjected to cross upsetting to form plate. Then plate is installed in flat dies with provision of vertical direction of plate material fiber and is subjected to spinning to form disk. After spinning, blank is turned over, its end surfaces are leveled, blank is broached and rolled to final sizes.

EFFECT: improved physical and mechanical properties of article in direction of action of maximum loads in operation.

3 cl, 1 ex, 1 tbl

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в металлургической и авиационной промышленности при производстве деталей ответственного назначения, преимущественно для изготовления деталей газотурбинных двигателей, например колец.The invention relates to the processing of metals by pressure and can be used in the metallurgical and aviation industries in the manufacture of parts for critical purposes, mainly for the manufacture of parts of gas turbine engines, for example rings.

Известен способ изготовления колец для газотурбинных двигателей (ГТД), преимущественно из цилиндрической заготовки на плоских бойках, включающий осадку, прошивку и раскатку прошитой заготовки на окончательные размеры поковки. При этом осадку заготовки осуществляют вдоль продольной оси последней, т.е. производят осадку в торец (Кордюков В.П., Коротких Е.Л. Свободная ковка, М., Машиностроение, 1974 г., с.160-166) - прототип.A known method of manufacturing rings for gas turbine engines (GTE), mainly from a cylindrical billet on flat dies, including draft, piercing and rolling the stitched billet to the final dimensions of the forging. In this case, the blank is upset along the longitudinal axis of the latter, i.e. produce draft at the end (Kordyukov V.P., Korotkikh E.L. Free forging, M., Mechanical engineering, 1974, p.160-166) - prototype.

Однако данный способ не позволяет получить оптимальных физико-механических свойств готового изделия в направлении максимальных рабочих напряжений, возникающих при работе изделия, а, следовательно, не обеспечивает требуемого ресурса детали, так как в данном случае не учитывается исходная направленность волокна в заготовке.However, this method does not allow to obtain the optimal physical and mechanical properties of the finished product in the direction of the maximum working stresses that occur during operation of the product, and, therefore, does not provide the required resource of the part, since in this case the initial orientation of the fiber in the workpiece is not taken into account.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является улучшение физико-механических свойств изделия (таких, как электромагнитная проницаемость, прочность, пластичность, ударная вязкость и т.д.) в направлении действия максимальных разрушающих напряжений при эксплуатации. Применительно к кольцам ГТД - в тангенциальном направлении.The technical result, the achievement of which the claimed solution is directed, is to improve the physico-mechanical properties of the product (such as electromagnetic permeability, strength, ductility, toughness, etc.) in the direction of the action of maximum breaking stresses during operation. In relation to GTE rings, in the tangential direction.

Указанный технический результат достигается тем, способ изготовления кольца на бойках включает нагрев заготовки, ее осадку, прошивку и раскатку прошитой заготовки на окончательные размеры кольца, после чего производят поперечную осадку заготовки с получением пластины, после чего полученную пластину устанавливают в плоские бойки с обеспечением вертикальности направления волокна материала пластины и осуществляют ее обкатку на диск путем обжатий, после обкатки пластину кантуют, а перед прошивкой выравнивают ее торцевые поверхности.The specified technical result is achieved by the fact that the method of manufacturing the ring on the strikers includes heating the billet, its draft, piercing and rolling the stitched billet to the final dimensions of the ring, after which the billet is transversely deposited to produce a plate, after which the resulting plate is installed in flat strikers with vertical direction fiber material of the plate and run it on the disk by crimping, after rolling the plate is turned over, and before flashing its end surfaces are leveled.

Поперечную осадку могут осуществлять до толщины заготовки не менее ширины готового кольца.Transverse sediment can be carried out up to the thickness of the workpiece not less than the width of the finished ring.

Выравнивание торцевых поверхностей заготовки могут осуществлять путем разгонки.Alignment of the end surfaces of the workpiece can be carried out by acceleration.

После обкатки заготовку кантуют, например, на 90°.After running in, the workpiece is turned over, for example, by 90 °.

Под вертикальным направлением волокна (вертикальностью) понимается, что оно ориентировано в направлении высоты бойков, т.е. между их рабочими поверхностями (направление волокон негоризонтальное).The vertical direction of the fiber (verticality) means that it is oriented in the direction of the height of the strikers, i.e. between their working surfaces (the direction of the fibers is not horizontal).

Совокупность поперечной осадки (плющения) цилиндрической заготовки (или заготовки другой формы) и последующей ее обкатки на диск позволяет сформировать направленную волокнистую структуру тангенциального направления, окончательно формируемую последующей операцией раскатки прошитой заготовки (изделия), и, следовательно, обеспечить заявляемый технический результат.The combination of transverse upsetting (flattening) of a cylindrical billet (or a billet of a different shape) and its subsequent rolling onto a disk allows one to form a directed fibrous structure of a tangential direction, finally formed by the subsequent operation of rolling the stitched billet (product), and, therefore, to provide the claimed technical result.

Осуществление поперечной осадки до толщины не менее ширины кольца сводит к минимуму вспомогательные операции правки и доведения до окончательных размеров высоты кольца, т.е. обеспечивает повышение технологичности процесса.The implementation of transverse upsetting to a thickness of not less than the width of the ring minimizes the auxiliary operations of dressing and bringing to the final dimensions of the height of the ring, i.e. provides an increase in the processability of the process.

Выравнивание торцов диска заготовки путем разгонки сохраняет тангенциальную направленность волокна в конечном изделии - кольце.Alignment of the ends of the workpiece disc by acceleration maintains the tangential orientation of the fiber in the final product - the ring.

Способ осуществляют следующим образом. Отрезают от катанной или кованной штанги-прутка мерную заготовку, например цилиндрической формы с диаметром D и длиной Н, нагревают ее до ковочной температуры, которая зависит, в частности, от материала заготовки, после чего осуществляют ковку на плоских бойках (на прессе или молоте). Укладывают заготовку на нижнем плоском бойке с установкой ее на боковую цилиндрическую поверхность (т.е. по длине Н) вдоль или поперек бойка. Затем путем соударения бойков в результате поперечной осадки (плющения) цилиндрическую заготовку превращают в пластину, как правило, неправильной формы.The method is as follows. A measured workpiece, for example, a cylindrical shape with a diameter D and a length H, is cut from a rolled or forged rod-bar, heated to a forging temperature, which depends, in particular, on the workpiece material, and then forged on flat dies (on a press or hammer) . The workpiece is laid on the lower flat striker with its installation on the lateral cylindrical surface (i.e., along the length H) along or across the striker. Then, by impacting the strikers as a result of transverse upsetting (flattening), the cylindrical billet is turned into a plate, as a rule, of irregular shape.

После чего ее кантуют, например, на 90° относительно поверхности бойков и производят ее обкатку на диск, после чего заготовку кантуют и производят выравнивание торцов диска. Так как в исходной штанге-прутке волокно имеет продольное направление, предлагаемыми по изобретению операциями производится не его перепутывание, как в известных решениях и в прототипе, а изменение его направления применительно к кольцам ГТД - в тангенциальном. Торцы полученного диска выравнивают, например, на плоских бойках до толщины диска не менее ширины кольца, причем предпочтительнее выравнивание осуществлять разгонкой. После выравнивания торцев и получения диска правильной формы производят операцию прошивки для получения заготовки кольца. После чего осуществляют раскатку полученной заготовки на оправке до окончательных размеров кольца. Так как после раскатки на оправке возможно изменение и искажение формы кольца, возможно в случае необходимости проведение операции его правки и доводки до окончательных размеров, а также калибровки внутреннего отверстия.After that, it is turned over, for example, 90 ° relative to the surface of the strikers and run it on the disk, after which the workpiece is turned over and the ends of the disk are aligned. Since the fiber has a longitudinal direction in the initial rod-rod, the operations proposed according to the invention do not entangle it, as in the known solutions and in the prototype, but change its direction with respect to GTE rings in tangential. The ends of the resulting disk are aligned, for example, on flat strikers to a disk thickness of not less than the width of the ring, moreover, alignment is preferable to carry out by acceleration. After aligning the ends and obtaining a disk of the correct shape, a flashing operation is performed to obtain a ring blank. After that, the resulting workpiece is rolled out on the mandrel to the final ring size. Since, after rolling on the mandrel, it is possible to change and distort the shape of the ring, it is possible, if necessary, to carry out the operation of editing and adjusting it to its final dimensions, as well as calibrating the inner hole.

Конкретная реализация способа рассмотрена на примере изготовления кольцевого корпуса ГТД из сплава ВТ20.A specific implementation of the method is considered on the example of the manufacture of a gas-turbine engine housing made of VT20 alloy.

Заготовку диаметром D=140 мм и длиной Н=70 мм нагревали в печи до температуры 1050°С, выдерживали 150 минут и на плоских бойках под молотом с весом падающих частей 3 т осаживали на пластину толщиной 80 мм и размерами в плоскости примерно 220×220 мм.A billet with a diameter of D = 140 mm and a length of H = 70 mm was heated in an oven to a temperature of 1050 ° C, held for 150 minutes, and on flat drills under a hammer with a weight of falling parts of 3 tons, they were deposited on a plate 80 mm thick and about 220 × 220 in plane size mm

После чего пластину нагревали и осуществляли ковку на диск диаметром 200 мм и высотой 80 мм, поправляли торцы методом разгонки и осуществляли прошивку отверстия диаметром 100 мм. Затем заготовку еще раз нагревали и проводили раскатку прошитой заготовки на оправке до получения кольца со следующими размерами: наружный диаметр - 292 мм, внутренний - 227 мм и высота - 80 мм. Полученное кольцо передали на отжиг в соответствии с ТУ.After that, the plate was heated and forged onto a disk with a diameter of 200 mm and a height of 80 mm, the ends were adjusted by the acceleration method, and holes were pierced with a diameter of 100 mm. Then the workpiece was heated again and the stitched workpiece was rolled out on the mandrel until a ring with the following dimensions was obtained: outer diameter - 292 mm, inner diameter - 227 mm and height - 80 mm. The resulting ring was transferred to annealing in accordance with TU.

При сравнении механических свойств колец после стандартного отжига при 840°С с выдержкой 1,5 часа получили кольцо со следующими свойствами:When comparing the mechanical properties of the rings after standard annealing at 840 ° C for 1.5 hours, a ring with the following properties was obtained:

  σ_в кгс/мм² σ _in kgf / mm ² δ %δ% Ψ %Ψ% а_U кгс×м/см² and _U kgf × m / cm ² ЗаявляемыйThe claimed 99,899.8 14,914.9 37,237,2 10,610.6 способway 99,699.6 13,613.6 32,632.6 10,210,2 ПрототипPrototype 99,999.9 9,69.6 34,834.8 6,76.7   99,599.5 9,69.6 35,235,2 7,87.8 ОСТ 1 90900OST 1 90900 9595 10,010.0 25,025.0 4,04.0 7070 115115       где σ_в - предел прочности материала,
δ - относительное удлинение,
Ψ - относительное сужение,
а_U - ударная вязкость.where σ _in - tensile strength of the material,
δ is the elongation,
Ψ - relative narrowing,
and _U is toughness.

Таким образом, как видно из приведенной таблицы, заявляемый способ обеспечивает высокий уровень физико-механических свойств изделий (пластичность, склонность материала к хрупкому разрушению и т.д.) примерно на 30% выше требуемых в соответствии с нормативными документами.Thus, as can be seen from the above table, the inventive method provides a high level of physico-mechanical properties of products (ductility, tendency of the material to brittle fracture, etc.) about 30% higher than required in accordance with regulatory documents.

Claims (3)

1. Способ изготовления кольца на бойках, включающий нагрев заготовки, ее осадку, прошивку и раскатку прошитой заготовки на окончательные размеры кольца, отличающийся тем, что производят поперечную осадку заготовки с получением пластины, после чего полученную пластину устанавливают в плоские бойки с обеспечением вертикального направления волокна материала пластины и осуществляют ее обкатку на диск путем обжатий, после обкатки заготовку кантуют, а перед прошивкой выравнивают ее торцевые поверхности.1. A method of manufacturing a ring on the strikers, including heating the preform, its draft, piercing and rolling the stitched preform to the final ring size, characterized in that they transverse draft the preform to produce a plate, after which the resulting plate is installed in flat strikers with vertical fiber direction the material of the plate and run it on the disk by crimping, after running the billet overturn, and before flashing align its end surfaces. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поперечную осадку производят до получения пластины толщиной не менее ширины готового кольца.2. The method according to claim 1, characterized in that the transverse settlement is carried out to obtain a plate with a thickness not less than the width of the finished ring. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что выравнивание торцевых поверхностей заготовки осуществляют путем разгонки.3. The method according to claim 1, characterized in that the alignment of the end surfaces of the workpiece is carried out by acceleration.