RU101949U1

RU101949U1 - HOLLOW PRODUCT WITH CORRUGATED FILLER

Info

Publication number: RU101949U1
Application number: RU2010113852/02U
Authority: RU
Inventors: Артур Ринатович Сафиуллин; Алексей Анатольевич КРУГЛОВ; Ринат Владикович САФИУЛЛИН
Original assignee: Учреждение Российской Академии Наук Институт Проблем Сверхпластичности Металлов Ран
Priority date: 2010-04-08
Filing date: 2010-04-08
Publication date: 2011-02-10

Abstract

1.Полое изделие с гофрированным заполнителем, содержащее обшивки, соединенные с расположенным между обшивками гофрированным заполнителем, образующим ребра жесткости, отличающееся тем, что складки гофрированного заполнителя расположены вдоль окружностей и/или вдоль дуг окружностей. ! 2. Полое изделие по п.1, отличающееся тем, что центр окружностей и/или дуг окружностей совпадает с геометрическим центром симметрии поверхности изделия. ! 3. Полое изделие по п.2, отличающееся тем, что в изделии, воспринимающем при эксплуатации ударную нагрузку определенной частью поверхности, центр окружностей и/или дуг окружностей совпадает с геометрическим центром симметрии этой части поверхности изделия. ! 4. Полое изделие по п.1, отличающееся тем, что угол наклона ребер жесткости находится в интервале 45…75°. 1. A hollow product with corrugated aggregate containing sheaths connected to a corrugated aggregate located between the sheaths forming stiffeners, characterized in that the folds of the corrugated aggregate are located along circles and / or along arcs of circles. ! 2. The hollow product according to claim 1, characterized in that the center of the circles and / or arcs of circles coincides with the geometric center of symmetry of the surface of the product. ! 3. The hollow product according to claim 2, characterized in that in the product, which receives the shock load during operation of a certain part of the surface, the center of circles and / or arcs of circles coincides with the geometric center of symmetry of this part of the surface of the product. ! 4. The hollow product according to claim 1, characterized in that the angle of inclination of the ribs is in the range of 45 ... 75 °.

Description

Полезная модель относится к полым изделиям, состоящим из обшивок и расположенного между ними гофрированного заполнителя, образующего ребра жесткости. Полые изделия с гофрированным заполнителем имеют широкую область применения - от многочисленных конструкций в авиации, типа полой лопатки вентилятора [1], подкрыльевой панели быстрого доступа [2], двери экстренного выхода [2], до спортивного инвентаря, например лицевой пластины головки клюшки типа «wood» для игры в гольф [3]. Такие изделия, как правило, изготавливаются методом обработки давлением, совмещающим сверхпластическую формовку и диффузионную сварку.The invention relates to hollow articles consisting of linings and a corrugated aggregate located between them, forming stiffeners. Hollow articles with corrugated core have a wide range of applications - from numerous designs in aviation, such as a hollow fan blade [1], an underwing quick access panel [2], an emergency exit door [2], to sports equipment, for example, a face plate of a club head type wood ”for playing golf [3]. Such products, as a rule, are manufactured by a pressure treatment method combining superplastic molding and diffusion welding.

Основным достоинством, благодаря которому рассматриваемые изделия используются в авиации, является их небольшой вес при достаточной жесткости и прочности [1,2]. Кроме того, такие изделия за счет наличия гофрированного заполнителя, обладают демпфирующими свойствами при воздействии ударных нагрузок.The main advantage due to which the products in question are used in aviation is their low weight with sufficient rigidity and strength [1,2]. In addition, such products due to the presence of corrugated aggregate, have damping properties when exposed to shock loads.

При использовании изделия в качестве лицевой пластины головки клюшки типа «wood» для игры в гольф, демпфирующие свойства изделия приобретают первостепенное значение, поскольку они позволяют снизить отдачу при воздействии ударной волны в руку игрока и повысить эффективность удара [3].When using the product as the front plate of the head of a "wood" club for playing golf, the damping properties of the product are of paramount importance, since they reduce the impact when the shock wave is in the player’s hand and increase the efficiency of the strike [3].

Складки гофрированного заполнителя - ребра жесткости, в изделии могут быть расположены самым разнообразным образом. Так, в изделии типа полой лопатки вентилятора [1] складки расположены в продольном направлении. В изделии [3] складки образуют квадратные ячейки.Folds of corrugated aggregate - stiffeners, in the product can be located in a variety of ways. So, in a product like a hollow fan blade [1], the folds are located in the longitudinal direction. In the product [3], the folds form square cells.

Для лопатки вентилятора [1], не работающей под воздействием ударных нагрузок, расположение ребер диктуется в основном технологичностью изделия. Для изделий типа подкрыльевой панели быстрого доступа [2], или лицевой пластины клюшки для игры в гольф [3], работающих в условиях случайных или целенаправленных ударных нагрузок, расположение ребер должно обеспечивать высокую эффективность гашения ударной волны. В противном случае при ударах будет происходить накопление внутренних напряжений, что приведет к накоплению остаточной деформации в местах, где конструкцией заложены концентраторы напряжений и, в конечном счете, к разрушению изделия в опасных сечениях. Было установлено, что при наличии ребер жесткости, образующих квадратные ячейки концентраторами напряжений могут стать места их пересечения, особенно если эти места находятся близко к опоре [2] или месту жесткой заделки [3] и попадают под дополнительное воздействие сил реакции со стороны опоры или жесткой заделки. В частности, при испытании клюшки для игры в гольф на лицевой пластине, в которой ребра жесткости образуют квадратные ячейки, образовалась вмятина. Причем вмятина образовалась не в центральной области, на которую пришелся удар, а ближе к месту заделки пластины в корпус головки. Такая вмятина, сама по себе уже являясь необратимым дефектом, привела также к нарушению сварного шва между лицевой пластиной и корпусом головки. Возвращаясь к изделиям типа полой лопатки вентилятора, необходимо отметить, что в них, благодаря продольному расположению ребер, отсутствуют отмеченные концентраторы напряжении. Однако если в изделии типа подкрыльевой панели быстрого доступа [2] или лицевой пластины головки клюшки [3] выполнить продольные ребра жесткости, ударная волна будет гаситься неравномерно. Последнее обстоятельство, в конечном счете, приведет к накоплению в изделии остаточных напряжений, стремящихся как бы свернуть его края, что может со временем привести в лицевой пластине к разрыву сварного шва между пластиной и корпусом головки, а в подкрыльевой панели быстрого доступа к образованию щели между панелью и корпусом летательного аппарата.For a fan blade [1], which does not work under the influence of shock loads, the location of the ribs is dictated mainly by the manufacturability of the product. For products such as the underwing quick access panel [2], or the front plate of a golf club [3], operating under conditions of random or targeted shock loads, the location of the ribs should provide a high efficiency of shock absorption. Otherwise, during impacts, internal stresses will accumulate, which will lead to the accumulation of residual deformation in places where stress concentrators are built and, ultimately, to destruction of the product in dangerous sections. It was found that in the presence of stiffening ribs forming square cells, stress intersections can become places of their intersection, especially if these places are close to the support [2] or the place of rigid termination [3] and fall under the additional influence of reaction forces from the side of the support or rigid terminations. In particular, when testing a golf club on a face plate in which stiffeners form square cells, a dent is formed. Moreover, a dent was formed not in the central region, on which the blow fell, but closer to the place of insertion of the plate into the head housing. Such a dent, in itself already being an irreversible defect, also led to a violation of the weld between the face plate and the head housing. Returning to products such as a hollow fan blade, it should be noted that in them, due to the longitudinal arrangement of the ribs, there are no marked voltage concentrators. However, if longitudinal stiffeners are made in a product such as an underwing quick access wing panel [2] or club head face plate [3], the shock wave will be damped unevenly. The latter circumstance, ultimately, will lead to the accumulation of residual stresses in the product, which tend to curl its edges, which can eventually lead to a weld gap between the plate and the head body in the front plate and, in the underwing panel, quick access to the gap between panel and body of the aircraft.

Таким образом, для полых изделий, состоящих из обшивок и расположенных между ними гофрированного заполнителя, образующего ребра жесткости, работающих под воздействием ударных нагрузок, первостепенной задачей является повышение эффективности гашения ударной волны.Thus, for hollow products consisting of sheathing and a corrugated aggregate located between them, forming stiffeners, working under the influence of shock loads, the paramount task is to increase the efficiency of shock wave damping.

Такая задача решается в случае, когда полое изделие с гофрированным заполнителем, содержащее обшивки, соединенные с расположенным между обшивками гофрированным заполнителем, образующим ребра жесткости, отличается тем, что складки гофрированного заполнителя расположены вдоль окружностей и/или вдоль дуг окружностей.This problem is solved in the case when a hollow product with corrugated filler containing sheaths connected to a corrugated filler located between the sheaths forming stiffeners is characterized in that the folds of the corrugated filler are located along circles and / or along arcs of circles.

Поставленная задача решается также в том случае, когда:The task is also solved in the case when:

- центр окружностей и/или дуг окружностей, совпадает с геометрическим центром симметрии поверхности изделия;- the center of circles and / or arcs of circles, coincides with the geometric center of symmetry of the surface of the product;

- в изделии, воспринимающем при эксплуатации ударную нагрузку определенной частью поверхности, центр окружностей и/или дуг окружностей, совпадает с геометрическим центром симметрии этой части поверхности изделия;- in the product, perceiving during operation the shock load of a certain part of the surface, the center of circles and / or arcs of circles coincides with the geometric center of symmetry of this part of the surface of the product;

- угол наклона ребер жесткости к горизонтальной плоскости находится в интервале 45°…75°.- the angle of inclination of the ribs to the horizontal plane is in the range of 45 ° ... 75 °.

Сущность полезной модели заключается в следующем: когда складки гофрированного заполнителя расположены вдоль окружностей или вдоль дуг окружностей, ударная волна воспринимается вогнутой в направлении ее перемещения боковой поверхностью складки.The essence of the utility model is as follows: when the folds of the corrugated aggregate are located along circles or along arcs of circles, the shock wave is perceived to be concave in the direction of its movement on the side surface of the fold.

При этом центр окружностей и/или дуг окружностей, может быть совмещен с геометрическим центром симметрии поверхности изделия. Если же изделие воспринимает ударные нагрузки не всей поверхностью, как например, лицевая пластина головки клюшки, то рекомендуется центр окружностей и/или дуг окружностей, совмещать с геометрическим центром части поверхности изделия, воспринимающей ударные нагрузки.In this case, the center of circles and / or arcs of circles can be combined with the geometric center of symmetry of the surface of the product. If the product does not perceive shock loads on the entire surface, such as the face plate of the club head, it is recommended that the center of circles and / or arcs of circles be combined with the geometric center of the part of the surface of the product that receives shock loads.

Рассмотренное выше расположение складок является наиболее эффективным для гашения ударной волны. При этом так же, как при продольном расположении ребер, исключается возможность пересечения ребер жесткости, что в свою очередь исключает возможность возникновения из-за пересечения ребер концентраторов напряжений. Но в отличие от продольно расположенных ребер жесткости [1], ребра расположенные предлагаемым образом обеспечивают равномерное гашение ударной волны и имеют большую площадь, воспринимающую воздействие ударной волны.The arrangement of folds discussed above is most effective for damping a shock wave. In this case, just as with the longitudinal arrangement of the ribs, the possibility of intersecting stiffeners is excluded, which in turn eliminates the possibility of stress concentrators due to the intersection of the ribs. But in contrast to the longitudinally stiffened ribs [1], the ribs located in the proposed manner provide uniform shock absorption and have a large area perceiving the impact of the shock wave.

Повышение эффективности гашения ударной волны за счет ее восприятия большей площадью ребер позволяет расширить по сравнению с известным решением [3] диапазон величин угла наклона ребер жесткости к горизонтальной плоскости в сторону больших углов, то есть сделать при необходимости конструкцию более жесткой при сохранении достигнутой степени сопротивления ударным нагрузкам.Increasing the efficiency of shock wave damping due to its perception by a larger area of the ribs allows expanding, in comparison with the known solution [3], the range of values of the angle of inclination of the stiffeners to the horizontal plane toward large angles, that is, make the structure more rigid if necessary while maintaining the achieved degree of shock resistance loads.

Полезная модель поясняется графическими материалами:The utility model is illustrated by graphic materials:

Фиг.1 Поперечное сечение изделия;Figure 1 Cross section of the product;

Фиг.2 Горизонтальный разрез изделия - крышки люка;Figure 2 Horizontal section of the product - hatch;

Фиг.3 Горизонтальный разрез изделия - двери экстренного выхода;Figure 3 A horizontal section of the product - emergency exit door;

Фиг.4 Горизонтальный разрез изделия - лицевой пластины головки клюшки для игры в гольф;Figure 4 A horizontal section of the product - the front plate of the head of a club for playing golf;

Фиг.5 Поперечное сечение изделия - лицевой пластины головки клюшки для игры в гольф (фото).Figure 5 Cross section of the product - the front plate of the head of a club for playing golf (photo).

Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.

Для изготовления изделия использовали титановый сплав ВТ6 (Ti-6Al-4V), что не исключает использования для изготовления изделия других сплавов [4].For the manufacture of the product used titanium alloy VT6 (Ti-6Al-4V), which does not exclude the use of other alloys for the manufacture of the product [4].

Кроме того, обшивки и наполнитель соединяли диффузионной сваркой, что не исключает использование других видов соединения.In addition, the casing and filler were connected by diffusion welding, which does not exclude the use of other types of compounds.

На фиг.1 показано поперечное сечение полого изделия, состоящего из обшивок 1, 2 и расположенного между ними гофрированного заполнителя 3, образующего ребра жесткости, соединенных между собой по вершинам 4 складок диффузионной сваркой. Поз. 5 показан угол наклона ребер к горизонтальной плоскости. Поперечное сечение, показанное на фиг.1, для всех изделий, показанных на последующих фиг. одинаково.Figure 1 shows a cross section of a hollow product, consisting of skins 1, 2 and located between them corrugated filler 3, forming stiffeners, interconnected at the vertices 4 of the folds by diffusion welding. Pos. 5 shows the angle of inclination of the ribs to a horizontal plane. The cross-section shown in FIG. 1 for all products shown in the subsequent FIG. the same way.

На горизонтальном разрезе (фигуры 2, 3, 4) показаны случаи, соответственно, когда складки гофрированного заполнителя расположены вдоль окружностей, когда часть складок расположена вдоль окружностей, а другая часть складок расположена вдоль дуг окружностей, когда складки гофрированного наполнителя расположены вдоль дуг окружностей. На всех фигурах позицией 2 обозначена обшивка, позицией 3 - гофрированный заполнительThe horizontal section (figures 2, 3, 4) shows the cases, respectively, when the folds of the corrugated aggregate are located along the circles, when part of the folds are located along the circles, and the other part of the folds are located along the arcs of the circles, when the folds of the corrugated filler are located along the circular arcs. In all figures, the position 2 denotes the lining, the position 3 - corrugated filler

Способы изготовления полых изделий с ребрами жесткости широко известны, поэтому ниже приводится пример способа изготовления только одного изделия типа крышки люка.Methods of manufacturing hollow products with stiffeners are widely known, therefore, an example of a method for manufacturing only one product such as a manhole cover is given below.

Для изготовления изделия использовали три листовые заготовки: две толщиной 1,5 мм в качестве заготовок обшивок 1, 2 и одну толщиной 0,8 мм в качестве заготовки заполнителя 3. Диаметр заготовок 300 мм.For the manufacture of the product, three sheet blanks were used: two 1.5 mm thick as blanks for skin 1, 2 and one 0.8 mm thick as blanks for filler 3. The diameter of the blanks was 300 mm.

На кольцевые участки внутренней поверхности заготовок обшивок, не подвергаемые соединению, нанесли материал, препятствующий соединению заготовок. В заготовке заполнителя выполнили отверстие для прохода газа и поместили ее между заготовками обшивок. Полость между заготовками обшивок и заполнителя снабдили штуцером.Material on the annular sections of the inner surface of the skin blanks not subjected to bonding prevented bonding of the blanks. A hole for the passage of gas was made in the filler blank and placed between the blanks of the skin. The cavity between the blanks of the skin and the filler provided with a fitting.

Полученный пакет, состоящий из заготовок обшивок и заполнителя, поместили в приспособление для диффузионной сварки между матрицами, имеющих рабочие полости с обеих сторон пакета.The resulting package, consisting of blanks of skin and aggregate, was placed in a fixture for diffusion welding between matrices having working cavities on both sides of the package.

Далее приспособление с пакетом поместили в установку для диффузионной сварки, в рабочей камере которой создали вакуум, с остаточным давлением не более 0,13 Па. Нагрели приспособление с пакетом до температуры диффузионной сварки, 900°С. Затем сжали пакет по периметру между матрицами с усилием 3,2 МПа. Путем сжатия обеспечили герметизацию полостей между заготовками обшивок и заполнителя и между пакетом и матрицами. Произвели диффузионную сварку заготовок обшивок и заполнителя по периметру и на участках, не покрытых материалом, препятствующим соединению заготовок, давлением рабочей среды (аргона), созданным в полостях между пакетом и матрицами, равным 3 МПа. Пакет выдержали при указанной температуре под указанным давлением в течение 2 часов. При этом в течение времени нагрева под диффузионную сварку и в процессе диффузионной сварки производили откачку газа из полости между заготовками обшивок и заполнителя вакуумным насосом, поддерживая остаточное давление не более 0,13 Па. После завершения процесса диффузионной сварки давление в полостях между пакетом и матрицами сняли.Next, the fixture with the package was placed in a diffusion welding machine, in the working chamber of which a vacuum was created with a residual pressure of not more than 0.13 Pa. Heated the fixture with the package to a temperature of diffusion welding, 900 ° C. Then compressed the package along the perimeter between the matrices with a force of 3.2 MPa. By compression, the cavities were sealed between the blanks of the skin and the aggregate and between the bag and the matrices. Diffusion welding of the sheathing and aggregate blanks along the perimeter and in areas not covered with material that impedes the joining of the blanks was carried out by the pressure of the working medium (argon) created in the cavities between the stack and the matrices equal to 3 MPa. The bag was held at the indicated temperature under the specified pressure for 2 hours. Moreover, during the heating time for diffusion welding and in the process of diffusion welding, gas was pumped out from the cavity between the blanks of the skin and the aggregate with a vacuum pump, maintaining a residual pressure of not more than 0.13 Pa. After completion of the diffusion welding process, the pressure in the cavities between the bag and the matrices was removed.

Для получения полого изделия с ребрами жесткости осуществили сверхпластическую формовку, путем создания давления рабочей среды (аргона) в полости между заготовками обшивок и заполнителя.To obtain a hollow product with stiffeners, superplastic molding was carried out by creating a pressure of the working medium (argon) in the cavity between the blanks of the skin and the aggregate.

После завершения процесса сверхпластической формовки давление во внутренней полости снизили до 0,1 МПа. Сборку охладили и выполнили окончательную обработку резанием изделия.After completion of the superplastic molding process, the pressure in the internal cavity was reduced to 0.1 MPa. The assembly was cooled and finished by cutting the product.

Источники информации, принятые во внимание:Sources of information taken into account:

1. Европейский патент №0568201, МПК B21D 53/78, 19931. European patent No. 0568201, IPC B21D 53/78, 1993

2. Quick take-off for SPFDB titanium fabrication / Welding and Metal Fabrication. March 1985. p.48-49.2. Quick take-off for SPFDB titanium fabrication / Welding and Metal Fabrication. March 1985. p. 48-49.

3. Патент РФ №2233683, МПК А63В 53/04, 20043. RF patent №2233683, IPC А63В 53/04, 2004

4. Голенков В.А., Дмитриев А.М. и др. Специальные технологические процессы и оборудование обработки давлением. М.: Машиностроение, 2004. 464 с.4. Golenkov V.A., Dmitriev A.M. etc. Special technological processes and equipment for pressure treatment. M.: Mechanical Engineering, 2004.446 s.

Claims

1. A hollow product with corrugated aggregate containing sheaths connected to a corrugated aggregate located between the sheaths forming stiffeners, characterized in that the folds of the corrugated aggregate are located along circles and / or along arcs of circles.

2. The hollow product according to claim 1, characterized in that the center of the circles and / or arcs of circles coincides with the geometric center of symmetry of the surface of the product.

3. The hollow product according to claim 2, characterized in that in the product, which receives the shock load during operation of a certain part of the surface, the center of circles and / or arcs of circles coincides with the geometric center of symmetry of this part of the surface of the product.

4. The hollow product according to claim 1, characterized in that the angle of inclination of the ribs is in the range of 45 ... 75 °.