RU217701U1

RU217701U1 - Die for the manufacture of stamping blades on a hydraulic press

Info

Publication number: RU217701U1
Application number: RU2023105157U
Authority: RU
Inventors: Игорь Валерьевич Ильин; Никита Владимирович Рассудов; Роман Александрович Казаков; Артём Владимирович Седельник; Сергей Александрович Лоханов; Анна Сергеевна Скобелева
Original assignee: Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн"
Filing date: 2023-03-07
Publication date: 2023-04-12

Abstract

Полезная модель относится к обработке материалов давлением и может быть использована при штамповке авиационных лопаток компрессора из титановых сплавов в изотермических условиях на гидравлическом прессе. Штамп содержит верхнее и нижнее основания, выполненные со сквозными соосными отверстиями, в которых установлены направляющие колонки. Колонки расположены в четырех угловых зонах по периметру каждого основания. В каждом основании выполнена глухая полость. В полость верхнего основания вмонтирована верхняя вставка с гравюрой со стороны корыта лопатки, а в полость нижнего основания - нижняя вставка с гравюрой со стороны спинки лопатки. Вставки выполнены из жаропрочного сплава методом электронно-лучевого сплавления и закреплены в полостях посредством крепежных элементов. В результате обеспечивается повышение работоспособности штампа. 1 ил.

The utility model relates to the processing of materials by pressure and can be used in stamping aircraft compressor blades from titanium alloys under isothermal conditions in a hydraulic press. The stamp contains the upper and lower bases, made with through coaxial holes, in which the guide columns are installed. Speakers are located in four corner zones around the perimeter of each base. Each base has a blind cavity. An upper insert with an engraving on the side of the blade trough is mounted in the cavity of the upper base, and a lower insert with an engraving on the side of the back of the blade is mounted in the cavity of the lower base. The inserts are made of a heat-resistant alloy by the method of electron-beam fusion and are fixed in the cavities by means of fasteners. The result is an increase in the efficiency of the stamp. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к обработке материалов давлением и может найти применение при изотермической штамповке авиационных лопаток компрессора из титановых сплавов с припуском под дальнейшую механическую обработку в изотермических условиях на гидравлическом прессе.The utility model relates to the processing of materials by pressure and can be used in the isothermal forging of aircraft compressor blades from titanium alloys with an allowance for further machining under isothermal conditions in a hydraulic press.

Известна конструкция устройства для изотермической штамповки, содержащее верхний и нижний штампы с соответственно с верхней и нижней гравюрами для формирования геометрии лопаток, и направляющие колонки, соединяющие верхний и нижний штампы (Б.Н. Леонов, А.С. Новиков и др. Технологическое обеспечение проектирования и производства ГТД, Рыбинск 2000, 407 с., стр. 159, рис. 9.4).A known design of a device for isothermal stamping, containing the upper and lower stamps with, respectively, with the upper and lower engravings for the formation of the geometry of the blades, and guide columns connecting the upper and lower stamps (B.N. Leonov, A.S. Novikov and other Technological support design and production of gas turbine engines, Rybinsk 2000, 407 pp., p. 159, Fig. 9.4).

Недостатком данной конструкции является высокая стоимость конструкции устройства для каждого типоразмера лопатки, а так же высокая степень изнашивания верхней и нижней гравюр для формирования геометрии лопаток.The disadvantage of this design is the high cost of the design of the device for each blade size, as well as the high degree of wear of the upper and lower engravings to form the geometry of the blades.

Известен штамп для прецизионной ковки лопаток авиационных двигателей, содержащий верхнюю опорную пластину штампа, верхнюю фиксирующую пластину штампа, формующий пуансон, формующий вогнутый штамп, нижнюю фиксирующую пластину штампа и нижнюю опорную пластину штампа, при этом верхний конец верхняя фиксирующая пластина штампа соединена с верхним штампом (патент Китая CN 209363535 от 30.12.2018, опубл. 10.09.2019, МПК B21J 13/02).Known die for precision forging of aircraft engine blades, containing the upper stamp support plate, the upper die fixing plate, the forming punch, the forming concave die, the lower die fixing plate and the lower die support plate, while the upper end of the upper die fixing plate is connected to the upper die ( Chinese patent CN 209363535 of December 30, 2018, published on September 10, 2019, IPC B21J 13/02).

Недостатком данных конструкций штампа является низкая работоспособность, связанная с изнашиванием гравюр верхнего и нижнего штампов и потеря стойкости всей конструкции в результате воздействия высоких температур, низкая точность позиционирования вогнутого и выпуклого штампов друг относительно друга, которая может привести к искривлению геометрии штамповки лопатки.The disadvantage of these die designs is low performance associated with wear of the engravings of the upper and lower dies and the loss of durability of the entire structure as a result of exposure to high temperatures, low positioning accuracy of the concave and convex dies relative to each other, which can lead to distortion of the blade stamping geometry.

Известен штамп для горячей штамповки с повторяющим форму водяным каналом и способ его аддитивного изготовления с электродуговым плавким предохранителем. Составляют трехмерную модель штампа, разделяя ее на области, при этом штамп формируется за счет аддитивного производства относительно зонирования, при этом принимается режим заполнения с равноудаленным смещением, и эквидистантный характеристический режим сканирования зонирования (CN 114178551 A, опубл. 15.03.2022, МПК B21J 13/02).Known stamp for hot stamping with repeating the shape of the water channel and the method of its additive manufacturing with electric arc fuse. A three-dimensional model of the stamp is made, dividing it into regions, while the stamp is formed by additive manufacturing with respect to zoning, while adopting an equidistant offset filling mode, and an equidistant characteristic zoning scanning mode (CN 114178551 A, publ. 03/15/2022, IPC B21J 13 /02).

Недостатком такого штампа является высокая технологичность и себестоимость изготовления штампа предложенным методом, связанная с использованием специализированных дорогостоящих электродов, высокой трудоёмкости процесса послойного формирования ковочного штампа. Так же необходимо отметить, что изготовление штампа методом послойного изготовления с электродуговым плавким предохранителем сопряжён с включениями вспомогательных материалов сварки (флюсы) и образования зон непроварки (полости, рыхлоты), которые крайне негативно оказывать влияние на прочностных характеристики ковочного штампа и качества поверхности штампуемых заготовок. Так же необходимо отметить, что предлагаемая конструкция штампа с водяными каналами не удовлетворяет требованиям к ковочной оснастке для изотермической штамповки, где ковочная оснастка нагревается до ковочной температуры (для штамповки титановых сплавов до 900÷960°С).The disadvantage of such a stamp is the high manufacturability and cost of manufacturing a stamp by the proposed method, associated with the use of specialized expensive electrodes, the high labor intensity of the process of layer-by-layer formation of a forging stamp. It should also be noted that the manufacture of a die by the layer-by-layer manufacturing method with an electric arc fuse is associated with inclusions of auxiliary welding materials (fluxes) and the formation of zones of lack of penetration (cavities, looseness), which have an extremely negative impact on the strength characteristics of the forging die and the surface quality of the forging blanks. It should also be noted that the proposed design of the die with water channels does not meet the requirements for forging tooling for isothermal stamping, where the forging tool is heated to the forging temperature (for stamping titanium alloys up to 900÷960°C).

Наиболее близким является штамп для изготовления штамповок лопаток на гидравлическом прессе, содержащий верхнее основание штампа, нижнее основание штампа, в верхнем основании выполнена глухая полость, в которую вмонтирована верхняя вставка с гравюрой корыта лопатки, в нижнем основании выполнена глухая полость, в которую вмонтирована нижняя вставка с гравюрой спинки, при этом в верхнем и нижнем основании выполнены сквозные соосные отверстия, в которые установлены направляющие колонки (Патент Китая CN 104493040 от 23.12.2014 МПК B21J 13/02, B21K 3/04, опубл. 08.04.2015).The closest is a die for manufacturing blade forgings on a hydraulic press, containing an upper die base, a lower die base, a blind cavity is made in the upper base, into which an upper insert with an engraving of the blade trough is mounted, and a blind cavity is made in the lower base, into which the lower insert is mounted with an engraving of the back, while through coaxial holes are made in the upper and lower bases, in which guide columns are installed (China Patent CN 104493040 dated 12/23/2014 IPC B21J 13/02, B21K 3/04, publ. 04/08/2015).

Недостатками данной конструкции штампа является наличие в конструкции штампа фрикционных узлов для управления продольным и поперечным фрикционными элементами, которые при воздействии высоких температур (изотермических условий) могут потерять свою работоспособность, а так же сложность монтажа и демонтажа вставок при смене номенклатуры лопаток, что увеличивает время переналадки штампа на другой типоразмер лопатки, из-за того, что возникает необходимость первоначально демонтировать вышеупомянутые фрикционные узлы.The disadvantages of this design of the die is the presence in the design of the die of friction units for controlling the longitudinal and transverse friction elements, which, when exposed to high temperatures (isothermal conditions), may lose their performance, as well as the complexity of mounting and dismounting inserts when changing the range of blades, which increases the changeover time. stamp on a different blade size, due to the fact that it becomes necessary to initially dismantle the aforementioned friction units.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является увеличение работоспособности штампа для изготовления штамповок лопаток благодаря повышению устойчивости позиционирования верхней и нижней вставок друг относительно друга и благодаря повышению износостойкости конструкции штампа в целом.The technical result of the proposed utility model is to increase the efficiency of the die for manufacturing blade forgings by increasing the positioning stability of the upper and lower inserts relative to each other and by increasing the wear resistance of the die design as a whole.

Технический результат достигается тем, что в штампе для изготовления штамповок лопаток на гидравлическом прессе, содержащем верхнее основание штампа, нижнее основание штампа, в верхнем основании выполнена глухая полость, в которую вмонтирована верхняя вставка с гравюрой со стороны корыта лопатки, в нижнем основании выполнена глухая полость, в которую вмонтирована нижняя вставка с гравюрой со стороны спинки лопатки, при этом в верхнем и нижнем основании выполнены сквозные соосные отверстия, в которые установлены направляющие колонки, в отличие от известного верхняя и нижняя вставки, выполненные из жаропрочного сплава методом электронно-лучевого сплавления, смонтированы в соответствующие верхнее и нижнее основание с помощью крепежных элементов, а направляющие колонки установлены в четырех угловых зонах по периметру каждого вышеупомянутого основания.The technical result is achieved by the fact that in the die for the manufacture of forging blades on a hydraulic press, containing the upper stamp base, the lower stamp base, a blind cavity is made in the upper base, into which the upper insert with an engraving is mounted on the side of the blade trough, and a blind cavity is made in the lower base , in which the lower insert with an engraving is mounted on the side of the back of the blade, while in the upper and lower bases there are through coaxial holes into which the guide columns are installed, in contrast to the well-known upper and lower inserts, made of a heat-resistant alloy by the method of electron beam fusion, mounted in the respective upper and lower bases with fasteners, and the guide columns are installed in four corner zones around the perimeter of each of the aforementioned bases.

Повышение работоспособности штампа для изготовления штамповок лопаток газотурбинных двигателей достигается за счет наличия в штампе крепежных элементов, соединяющих основания и вставки между собой в глухих полостях и направляющих колонок, установленных в четырех угловых зонах по периметру, с целью устойчивости позиционирования верхней и нижней вставок друг относительно друга при работе штампа в изотермических условиях, за счет устранения смещения гравюр друг относительно друга.Improving the efficiency of the die for manufacturing gas turbine blade forgings is achieved due to the presence in the die of fasteners connecting the bases and inserts to each other in blind cavities and guide columns installed in four corner zones along the perimeter, in order to ensure stable positioning of the upper and lower inserts relative to each other when the stamp is operating under isothermal conditions, by eliminating the displacement of engravings relative to each other.

Так же повышение работоспособности штампа достигается выполнением верхней и нижней вставок из жаропрочного сплава методом электронно-лучевого сплавления, что позволит повысить износостойкость конструкции штампа при работе в изотермических условиях.Also, an increase in the efficiency of the die is achieved by making the upper and lower inserts from a heat-resistant alloy by the method of electron beam fusion, which will increase the wear resistance of the die design when working in isothermal conditions.

На фигуре показан разрез штампа для изготовления штамповок лопаток газотурбинного двигателя.The figure shows a section of a die for manufacturing gas turbine engine blade forgings.

Штамп для изготовления штамповок лопаток газотурбинного двигателя состоит из верхнего основания 1 и нижнего основания 2. В верхнем 1 и в нижнем 2 основаниях имеются сквозные соосные отверстия 3, 4 для установки направляющих колонок 5. Верхнее 1 и нижнее 2 основание имеют глухие полости 6, 7, в которые устанавливаются соответственно верхняя 8 и нижняя 9 вставки с гравюрами корыта и спинки штамповки лопатки. Верхняя 8 и нижняя 9 вставки с гравюрами установлены соосно друг относительно друга. При этом верхняя вставка 8 содержит гравюру корыта 10 профиля пера штамповки лопатки, нижняя вставка 9 содержит гравюру спинки 11 профиля пера штамповки лопатки. Верхняя вставка 8 крепится к верхнему основанию 1 в глухом отверстии 6 с помощью крепежных элементов 12. Нижняя вставка 9 закреплена в нижнем основании 2 с помощью крепежных элементов 13.The stamp for the manufacture of stampings for gas turbine engine blades consists of an upper base 1 and a lower base 2. In the upper 1 and lower 2 bases there are through coaxial holes 3, 4 for installing guide columns 5. The upper 1 and lower 2 bases have blind cavities 6, 7 , in which the upper 8 and lower 9 inserts are installed, respectively, with engravings of the trough and the back of the forging of the blade. Upper 8 and lower 9 inserts with engravings are installed coaxially relative to each other. In this case, the upper insert 8 contains an engraving of the trough 10 of the profile of the blade stamping pen, the lower insert 9 contains an engraving of the back 11 of the profile of the blade stamping pen. The upper insert 8 is attached to the upper base 1 in a blind hole 6 using fasteners 12. The lower insert 9 is fixed in the lower base 2 using fasteners 13.

При этом каждая из верхней 8 и нижней 9 вставок выполнены из жаропрочного сплава, например марок ЖС6У, ЖС26 и др., и изготавливается методом электронно-лучевого сплавления. Такое выполнение вставок 8, 9 позволяет повысить устойчивость и износостойкость при работе штампа в изотермических условиях, исключив потерю стойкости штампа в целом, а так же снизить металлоёмкость изготовления и потерю времени при ремонте штампа посредством использования и оперативной замены жаропрочных вставок.Each of the top 8 and bottom 9 inserts are made of a heat-resistant alloy, for example grades ZhS6U, ZhS26, etc., and is manufactured by the method of electron beam fusion. This design of the inserts 8, 9 makes it possible to increase the stability and wear resistance during the operation of the stamp in isothermal conditions, eliminating the loss of the stability of the stamp as a whole, as well as to reduce the metal consumption of manufacturing and the loss of time during the repair of the stamp through the use and prompt replacement of heat-resistant inserts.

Сборка штампов осуществляется следующим образом.The assembly of stamps is carried out as follows.

Верхняя 8 и нижняя 9 вставки устанавливаются соответственно в глухие полости верхнего 1 и нижнего 2 оснований и крепятся винтами 12. Далее штамп в сборе устанавливается и крепится в верхнем и нижнем штамподержателях гидравлического пресса (не показаны). Разборка штампа осуществляется в обратном порядке, при этом в верхнем 1 и нижнем 2 основаниях предусмотрены центральные отверстия для снятия вставок 8, 9 в случае их залипания при попадании и застывания стеклоэмали.The upper 8 and lower 9 inserts are installed respectively in the blind cavities of the upper 1 and lower 2 bases and are fastened with screws 12. Next, the stamp assembly is installed and fastened in the upper and lower stamp holders of the hydraulic press (not shown). The disassembly of the stamp is carried out in the reverse order, while in the upper 1 and lower 2 bases there are central holes for removing the inserts 8, 9 in case they stick when hit and harden the glass enamel.

Штамп работает следующим образом, верхнее основание 1 с установленной верхней вставкой 8 закреплены к верхнему штамподержателю и траверсе пресса (не показаны) находящиеся в верхнем исходном положении позволяющим выполнить укладку исходной заготовки на нижнюю вставку 9. Нижнее основание 2 с установленной нижней вставкой 9 закреплены на нижнем штамподержателе и столу пресса. После укладки заготовки в гравюре спинки 11 нижней вставки 9 нижнего основания 2 выполняется рабочий ход пресса до смыкания верхнего 1 и нижнего 2 оснований по зеркалу штампа, при этом верхнее основание центрируется посредством направляющих колонок 5 верхнего основания 1 с отверстиями 4 в нижнем основании 2. Направляющие колонки 5 центрируют верхнее 1 и нижнее 2 основания со вставками 8 и 9, исключая взаимное смещение гравюр штамповки лопатки друг относительно друга. Штамп работает в изотермических условиях, с нагревом до ковочной температуры от 850°С до 970°С.The stamp works as follows, the upper base 1 with the upper insert 8 installed is fixed to the upper stamp holder and the press crosshead (not shown) located in the upper initial position allowing the initial workpiece to be laid on the lower insert 9. The lower base 2 with the lower insert 9 installed is fixed on the lower stamp holder and press table. After laying the workpiece in the engraving of the back 11 of the lower insert 9 of the lower base 2, the working stroke of the press is performed until the upper 1 and lower 2 bases close along the stamp mirror, while the upper base is centered by means of guide columns 5 of the upper base 1 with holes 4 in the lower base 2. Guides columns 5 center the upper 1 and lower 2 bases with inserts 8 and 9, excluding the mutual displacement of the engravings of the forging of the blade relative to each other. The die operates under isothermal conditions, with heating up to the forging temperature from 850°C to 970°C.

После выполнения рабочего хода и выдержки под давлением (по необходимости) исходной заготовки выполняется обратный ход верхнего основания 1 в верхнее исходное положение и съём штамповки лопатки из гравюры нижней вставки 9.After performing the working stroke and exposure under pressure (if necessary) of the original workpiece, the upper base 1 is reversed to the upper initial position and the blade forging is removed from the engraving of the lower insert 9.

Представленная конструкция штампа позволяет выполнять быструю смену вставок, при их износе или изменении номенклатуры изготавливаемых штамповок лопаток, не охлаждая всего штампа в сборе, тем самым сокращается время на охлаждение и последующий нагрев штампа в сборе. Снижается отрицательное влияние термоциклических напряжений в верхнем 1 и нижнем 2 оснований штампа, соответственно увеличивается их ресурс работы.The presented design of the die allows you to quickly change the inserts, when they are worn out or the range of manufactured forgings of the blades changes, without cooling the entire die assembly, thereby reducing the time for cooling and subsequent heating of the die assembly. The negative influence of thermocyclic stresses in the upper 1 and lower 2 bases of the stamp is reduced, respectively, their service life is increased.

Благодаря тому, что в штампе для изготовления штамповок лопаток на гидравлическом прессе, содержащем верхнее основание штампа, нижнее основание штампа, в верхнем основании выполнена глухая полость, в которую вмонтирована верхняя вставка с гравюрой со стороны корыта лопатки, в нижнем основании выполнена глухая полость, в которую вмонтирована нижняя вставка с гравюрой со стороны спинки лопатки, при этом в верхнем и нижнем основании выполнены сквозные соосные отверстия, в которые установлены направляющие колонки, в отличие от известного верхняя и нижняя вставки, выполненные из жаропрочного сплава методом электронно-лучевого сплавления, смонтированы в соответствующие верхнее и нижнее основание с помощью крепежных элементов, а направляющие колонки установлены в четырех угловых зонах по периметру каждого вышеупомянутого основания, достигается увеличение работоспособности штампа для изготовления лопаток.Due to the fact that in the die for the manufacture of forging blades on a hydraulic press, containing the upper stamp base, the lower stamp base, a blind cavity is made in the upper base, into which the upper insert with an engraving is mounted on the side of the blade trough, a blind cavity is made in the lower base, in which has a lower insert with an engraving on the side of the back of the blade, while in the upper and lower bases there are through coaxial holes into which the guide columns are installed, unlike the known upper and lower inserts, made of a heat-resistant alloy by the method of electron beam fusion, are mounted in the corresponding upper and lower base with fasteners, and the guide columns are installed in four corner zones around the perimeter of each of the aforementioned bases, an increase in the efficiency of the blade die is achieved.

Claims

A stamp for manufacturing blade forgings on a hydraulic press, comprising an upper die base, a lower die base, a blind cavity is made in the upper base, into which an upper insert with an engraving is mounted on the side of the blade trough, a blind cavity is made in the lower base, into which a lower insert is mounted with engraved on the side of the back of the blade, while in the upper and lower base through coaxial holes are made, in which guide columns are installed, characterized in that the upper and lower inserts, made of a heat-resistant alloy by electron beam fusion, are mounted in the corresponding upper and lower bases using fasteners, and the guide columns are installed in four corner zones around the perimeter of each of the aforementioned bases.