PL227412B1 - temperaturach, zwłaszcza ze stopów tytanu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zestaw narzędzi do kształtowania blach metalowych w podwyższonych temperaturach, polegający na głębokim tłoczeniu dynamicznym lub statycznym blach metalowych, zwłaszcza ze stopów tytanu (np. stopu Ti6Al4V) w podwyższonych temperaturach w zakresie

200°C - 680°C, stosowanych głównie w przemyśle lotniczym.

Znane są w stanie techniki metody kształtowania blach z tytanu w podwyższonych temperaturach na prasie, gdzie wstępnie nagrzewana indukcyjnie blacha ze stopu tytanu poddawana jest kształtowaniu w temp ok. 700°C. Sposób taki ujawniono przykładowo w amerykańskim opisie zgłoszeniowym wynalazku US5113681. Wadą tego rozwiązania jest konieczność trawienia wyrobu w niebezpiecznym kwasie.

Znana jest również z patentu europejskiego EP1972393 metoda kształtowania blach ze stopów tytanu w komorach ciśnieniowych. W tej znanej metodzie blachy ze stopu tytanu umieszcza się pomiędzy dwoma szczelnie połączonymi połówkami narzędzia, po jednej stronie blachy znajduje się ciśnienie formujące blachę, a po drugiej stronie blachy próżnia. Znaczącym ograniczeniem w tym rozwiązaniu jest wymagana duża szczelność układu oraz konieczność zastosowania dużego ciśnienia gazu.

Z polskiego zgłoszenia patentowego P.395142 znany jest sposób głębokiego tłoczenia blach metalowych przy użyciu tłocznika kompozytowego, składającego się z matrycy i stempla, stosowany w szczególności do głębokiego tłoczenia dynamicznego lub statycznego części z blach ze stopów aluminium lub stopów tytanu, stosowanych w przemyśle lotniczym. Sposób realizowany jest na młotach pneumatycznych i polega na dynamicznym tłoczeniu odpowiednio przygotowanej blachy umieszczonej pomiędzy matrycą wykonaną z kompozytu poliuretanowego i stemplem wykonanym również z kompozytu poliuretanowego. Po ostatecznym ukształtowaniu blacha jest poddawana obróbce wykańczającej i uszlachetniającej.

Z innego polskiego zgłoszenia patentowego P.395141 znany jest tłocznik kompozytowy do głębokiego tłoczenia blach metalowych, składający się z matrycy i stempla. Obudowa matrycy w postaci otwartej skrzynki z górną powierzchnią roboczą, zawierająca użebrowanie wewnętrzne wykonane z prętów stalowych oraz ucha nośne, wypełniona jest kompozytem poliuretanowym, zawierającym izocyjanian w ilości od 13% do 20% wagowych, poliol w ilości od 26% do 40% wagowych, napełniacz w postaci uwodnionego tlenek glinu w ilości 42% do 52% wagowych oraz wypełniacz w ilości od 6% do 9% wagowych. Natomiast stempel zawierający użebrowanie wewnętrzne, zakończone zewnętrznymi śrubami mocującymi oraz uchami nośnymi, ma postać bryły monolitycznej z dolną powierzchnią roboczą, wykonanej również z podobnego kompozytu poliuretanowego.

Celem wynalazku jest opracowanie urządzenia do kształtowania blach, zwłaszcza ze stopów z tytanu, które wyeliminuje wady znanych w stanie techniki rozwiązań.

Zestaw narzędzi do kształtowania blach metalowych w podwyższonych temperaturach, zwłaszcza ze stopów tytanu, według wynalazku przystosowany jest do kształtowania polegającego na głębokim tłoczeniu blachy lub kształtowanego elementu w podwyższonych temperaturach w zakresie temperatur 200°C - 680°C. Zestaw posiada narzędzia formujące w postaci matrycy i stempla oraz co najmniej jeden element grzewczy. Istotą zestawu jest zamknięta komora dla zapewnienia atmosfery ochronnej gazu obojętnego.

Korzystnie, komora posiada przyłącze gazu obojętnego z możliwością regulacji przepływu.

Korzystnie, komora usytuowana jest pomiędzy podstawą korpusu składającą się z płyty dolnej oraz osadzonych w niej kolumn prowadzących, a płytą górną korpusu, w której osadzone są tuleje prowadzące, przy czym w komorze pomiędzy płytą górną i dolną usytuowany jest stempel z matrycą kształtującą.

Korzystnie, zestaw wyposażony jest dodatkowo w dociskacz części kołnierzowej elementu kształtowanego.

Korzystnie, zestaw posiada nagrzewnicę sterującą temperaturą elementu grzejnego w postaci mat grzewczych.

Korzystnie, zestaw posiada wymienne narzędzia formujące umożliwiające kształtowanie kilku elementów jednocześnie.

Zestaw urządzeń do głębokiego tłoczenia blach metalowych, według wynalazku, dzięki zastosowaniu komory z podaniem obojętnego gazu ochronnego eliminuje konieczności trawienia w niebezpiecznych kwasach HF. Temperatura dobierana jest do wielkości odkształcenia i geometrii detalu

PL 227 412 B1 powodując zmniejszenie energochłonności. Natomiast zastosowanie przygotówki której geometria jest tak zaprojektowana, że po procesie kształtowania nie wykonuje się dodatkowej operacji cięcia zmniejsza materiałochłonność. Ciśnienie gazu atmosfery ochronnej dobierane jest względem materiału, grubości materiału, kształtu narzędzia i temperatury kształtowania. Ponadto, dzięki zastosowaniu dociskacza uzyskano większy stopień wytłaczania oraz możliwość kształtowania elementów, których uzyskanie nie jest możliwe bez zastosowania dociskacza. Zestaw umożliwia proces kształtowania wielooperacyjnego, w tym gięcia, wytłaczania, przetłaczania oraz wyciągania.

Zestaw narzędzi według wynalazku został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 - przedstawia zestaw narzędzi do realizacji sposobu kształtowania blach, fig. 2 przedstawia tłocznik w przekroju.

W jednym z praktycznych przykładów realizacji wynalazku, zestaw narzędzi do kształtowania cienkich blach ze stopów tytanu w podwyższonych temperaturach z zapewnieniem atmosfery ochronnej przeprowadzany jest w jednej operacji w zakresie temperatur 200°C - 680°C, korzystnie w zakresie 200°C - 600°C. W pierwszej fazie procesu tłoczenia nagrzewane są narzędzia kształtujące 1, 2 do zadanej temperatury i wygrzewane w tej temperaturze przez określony czas zależny od temperatury nagrzewania. Proces nagrzewania realizowany jest poprzez zamontowany w zestawie narzędziowym co najmniej jeden element grzewczy w postaci systemu ceramicznych mat grzewczych 7. Temperatura narzędzi mierzona jest za pomocą dwóch termopar umieszczonych wewnątrz narzędzi kształtujących. Sterowanie procesem nagrzewania realizowane jest za pomocą nagrzewnicy sterowanej komputerowo.

Zestaw narzędziowy wyposażony jest w nagrzewnicę o odpowiednio wysokiej mocy oraz zbiornikiem z gazem obojętnym wprowadzanym do komory. Konstrukcja zestawu narzędziowego umożliwia tłoczenie w zakresie temperatur od temperatury otoczenia ok. 20°C do 680°C oraz zapewnia możliwość wymiany narzędzi kształtujących. Zestaw narzędziowy do tłoczenia stopów tytanu w podwyższonych temperaturach zbudowany jest z podstawy korpusu 6 składającej się z płyty dolnej 4 oraz osadzonych w niej pionowych kolumn prowadzących 9, łączących płytę górną korpusu 5 składającą się z płyty mocującej oraz osadzonych w niej tulei prowadzących 10. Pomiędzy płytą górną 5 i dolną 4 tłocznika usytuowany jest stempel 2 z matrycą kształtującą 1 oraz alternatywnie dociskacz, które umieszczone są w komorze grzewczej zapewniającej atmosferę ochronną gazu obojętnego. Stempel 2 przymocowany jest do górnej płyty korpusu 5, natomiast matryca 1 umieszczona na dolnej płycie 4 podstawy 6. Komora wyposażona jest w element grzewczy w postaci mat grzewczych 7 sterowanych komputerowo za pomocą nagrzewnicy. Matryca 1 wraz z matą grzewczą 7 odizolowaną izolatorem termicznym 12 umieszczona jest w obudowie 11, 14, 15 pomiędzy płytą górną 3 i płytą dolną 4. Tłocznik wyposażony jest również w osłonę 8 osłaniającą komorę z narzędziami kształtującymi 1, 2 pomiędzy płytą górną korpusu 5 i podstawą 6. Gaz obojętny doprowadzany jest za pomocą zaworu 16. Odpowiednie pozycjonowanie wsadu pomiędzy matrycą 1 i stemplem 2 zapewnia szablon ustawczy 13.

Wsad (wykrojka) przygotowany z blachy, np. ze stopu tytanu Ti6Al4V umieszczany jest w komorze roboczej w specjalnie przygotowanym narzędziu zapewniającym pozycjonowanie. Doprowadzany gaz obojętny zapewnia atmosferę ochronną, a wartość przepływu do komory roboczej uzależniona jest od objętości komory roboczej, gabarytu kształtowanego detalu oraz od temperatury kształtowania. Gaz podawany jest ze zbiornika do komory przez reduktor, którym steruje się wartością przepływu gazu.

Element kształtowany nagrzewany jest przez maty grzewcze 7 do zadanej temperatury i utrzymywany w tej temperaturze w celu zapewnienia jednakowej temperatury w całej objętości materiału. Wartość temperatury kształtowania stopów tytanu dobierana jest w zależności od stopnia odkształcenia. Procesy gięcia realizowane są w niższych temperaturach (200°C - 350°C), przy czym proces tłoczenia możliwy jest już od temperatury otoczenia (ok. 20°C), natomiast procesy wytłaczania z rozciąganiem w najwyższych (350°C - 600°C). Nagrzanie wsadu do zadanej temperatury przy zapewnionej atmosferze ochronnej umożliwia realizację procesu formowania. Jeżeli wymagane jest stosowanie docisku, to w pierwszej fazie zadaje się wyznaczoną siłę docisku za pośrednictwem dociskacza na część kołnierzową wykrojki. Następnie przemieszczając górne narzędzie kształtujące, czyli stempel 2 w kierunku matrycy 1 uzyskuje się kształt wyrobu końcowego. Siła nacisku stempla 2 dobrana jest do kształtowanego elementu tak by zapewnić odpowiednie warunki tłoczenia. Po zakończeniu procesu formowania stempel 2 wraca do pozycji startowej, a detal pozostaje w komorze roboczej, gdzie poddawany jest chłodzeniu, aż do osiągnięcia temperatury w której nie dochodzi do zjawiska łączenia się stopu tytanu z tlenem, azotem lub wodorem.

Claims (6)

1. Zestaw narzędzi do kształtowania blach metalowych w podwyższonych temperaturach, zwłaszcza ze stopów tytanu, przystosowany do kształtowania, które polega na głębokim tłoczeniu w podwyższonych temperaturach blachy lub kształtowanego elementu w zakresie temperatur 200°C - 680°C, posiada narzędzia kształtujące w postaci matrycy (1) i stempla (2), co najmniej jeden element grzewczy (7), znamienny tym, że posiada zamkniętą komorę dla atmosfery ochronnej z doprowadzeniem gazu obojętnego.

2. Zestaw narzędzi według zastrz. 1, znamienny tym, że komora posiada przyłącze (16) dla zbiornika z gazem obojętnym z możliwością regulacji przepływu.

3. Zestaw narzędzi według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że komora usytuowana jest pomiędzy podstawą korpusu (6) składającą się z płyty dolnej (4) oraz osadzonych w niej kolumn prowadzących (9), a płytą górną korpusu (5), w której osadzone są tuleje prowadzące (10), przy czym w komorze pomiędzy płytą górną (5) i dolną (6) usytuowany jest stempel (2) z matrycą kształtującą (1).

4. Zestaw narzędzi według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że wyposażony jest dodatkowo w dociskacz elementu kształtowanego.

5. Zestaw narzędzi według któregokolwiek z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że posiada nagrzewnicę sterującą temperaturą elementu grzejnego w postaci ceramicznych mat grzewczych (7).

6. Zestaw narzędzi według któregokolwiek z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że posiada wymienne narzędzia kształtujące (1, 2) umożliwiające odkształcenie plastyczne kilku elementów jednocześnie o tej samej lub różnej geometrii.