RU2375135C1

RU2375135C1 - Manufacturing method of workpieces of wide-chord blades

Info

Publication number: RU2375135C1
Application number: RU2008138023/02A
Authority: RU
Inventors: Владимир Григорьевич Смирнов (RU); Владимир Григорьевич Смирнов; Виктор Иванович Зобнин (RU); Виктор Иванович Зобнин; Владимир Алексеевич Кропотов (RU); Владимир Алексеевич Кропотов
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма"
Priority date: 2008-09-23
Filing date: 2008-09-23
Publication date: 2009-12-10

Abstract

FIELD: mechanics.

SUBSTANCE: invention refers to metal deformation process, and namely to manufacture of workpieces, preferably from titanium alloys, on hydraulic tube-profile presses. Workpieces are used for manufacturing wide-chord fan blades. Workpiece is pressed with compression ram travel by pressing the metal out to the cavity between external die connected to container and internal die connected to central mandrel. At that, there formed is axisymmetric workpiece with root and feather parts. Root is formed with variable height. Then the obtained workpiece is cut into sectors. Final shaping of blade workpiece is performed by die forming.

EFFECT: there is provided rational geometric shape with specified design and metal texture on general purpose equipment.

3 cl, 2 dwg, 1 ex, 1 tbl

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к изготовлению на гидравлических трубопрофильных прессах заготовок, преимущественно из титановых сплавов, для производства широкохордовых лопаток вентиляторов, используемых в газотурбинных двигателях.The invention relates to the processing of metals by pressure, and in particular to the manufacture of preforms on hydraulic pipe presses, mainly from titanium alloys, for the production of wide-chord fan blades used in gas turbine engines.

Технологический процесс изготовления лопаток должен обеспечивать их высокое качество, надежность и заданный ресурс. Вместе с тем при выборе способа обработки крупносерийных партий деталей, таких как лопатки газотурбинных двигателей, необходимо учитывать и экономическую эффективность.The manufacturing process of the blades should ensure their high quality, reliability and a given resource. However, when choosing a method for processing large-scale batches of parts, such as blades for gas turbine engines, it is necessary to take into account economic efficiency.

Широкохордовая лопатка вентилятора имеет сравнительно небольшое отношение ее размаха к хорде и симметричные относительно полотна лопатки замковые элементы и выполняется обычно как цельнометаллическая деталь. Коэффициент полезного действия вентилятора и степень сжатия воздуха в вентиляторе и, соответственно, в компрессоре низкого давления возрастает с увеличением длины хорды. Кроме того, увеличение длины хорды лопатки повышает и нагрузочную способность от скручивающих напряжений, воздействующих на лопатку. Также снижается вероятность вибрации лопатки во время работы вентилятора.The wide-chord fan blade has a relatively small ratio of its span to the chord and the locking elements symmetrical with respect to the blade web and is usually performed as an all-metal part. The efficiency of the fan and the degree of compression of air in the fan and, accordingly, in the low-pressure compressor increases with increasing chord length. In addition, increasing the length of the chord of the blade increases the load capacity from torsional stresses acting on the blade. The likelihood of blade vibration during fan operation is also reduced.

В настоящее время обычные и широкохордовые лопатки производятся многопереходной штамповкой из фасонной прутковой заготовки или штамповкой заготовки из плиты.Currently, conventional and wide-chordate blades are produced by multi-transition stamping from a shaped bar stock or stamping a blank from a plate.

В связи с тем, что толщина полотна лопатки в несколько десятков раз меньше длины хорды и размаха лопатки при ее штамповке возникают большие удельные давления и, соответственно, усилия штамповки, которые требуют применения сверхпрочных инструментальных сталей и мощных прессов, развивающих усилие в несколько десятков тысяч тонн.Due to the fact that the blade blade thickness is several tens of times less than the length of the chord and the span of the blade during its stamping, large specific pressures and, accordingly, stamping forces arise, which require the use of heavy-duty tool steels and powerful presses, developing a force of several tens of thousands of tons .

Изготовление заготовок широкохордовых лопаток, имеющих законцовочные части, механической обработкой приводит к тому, что большой объем дорогостоящего материала, составляющий более 40%, переводится в стружку и обрезь. Поэтому данный способ является не экономичным.The manufacture of preforms of wide chordate blades having ending parts by machining leads to the fact that a large volume of expensive material, amounting to more than 40%, is converted into shavings and trimmings. Therefore, this method is not economical.

Известен способ изготовления штамповок горячим выдавливанием на прессах с подвижным контейнером, включающий подачу нагретой заготовки в контейнер, распрессовку заготовки в контейнере пресс-шайбой, прессование части заготовки в матрицу, входящую в состав матричного узла, с формированием штамповки с частью постоянного сечения и формирование на указанной штамповке утолщения путем осадки оставшейся части заготовки, часть матричного узла размещают в контейнере из условий обеспечения сопряжения их плоскостей, а осадку оставшейся части заготовки при формировании утолщения осуществляют в полости между сопрягаемыми плоскостями матричного узла и контейнера, которую образуют путем перемещения матричного узла относительно контейнера перед формированием утолщения, а осадку производят путем синхронного перемещения пресс-шайбы и контейнера (Патент РФ №2259897, публ. 2005.09.10, МПК B21C 23/03) - прототип.A known method of manufacturing hot extrusion stampings on presses with a movable container, comprising feeding the heated preform to the container, extruding the preform in the container with a press washer, compressing part of the preform into a matrix included in the matrix assembly, forming a stamping with part of a constant section and forming on said stamping thickening by precipitation of the remaining part of the workpiece, part of the matrix node is placed in the container from the conditions for ensuring the conjugation of their planes, and the rest of the remaining part for the preparations when forming a thickening are carried out in the cavity between the mating planes of the matrix unit and the container, which is formed by moving the matrix unit relative to the container before the thickening is formed, and the draft is carried out by synchronously moving the press washer and container (RF Patent No. 2259897, publ. 2005.09.10, IPC B21C 23/03) - prototype.

Данный способ позволяет с одного установа заготовки производить оформления сложных внутренних и наружных поверхностей штамповки. Последовательным оформлением внутреннего и внешнего контура детали уменьшают усилие штамповки, увеличивают стойкость инструмента и повышают качество детали. Изобретение обеспечивает безотходность процесса, минимизацию удельных усилий на инструмент и повышение его стойкости, высокое качество изделий, расширение технологических возможностей горячей объемной штамповки по увеличению сложности формы внешнего контура и полости и улучшению служебных свойств деталей с использованием металлов и сплавов повышенной прочности.This method allows for a single installation of the workpiece to produce the design of complex internal and external stamping surfaces. The sequential design of the internal and external contours of the part reduces the stamping force, increases the tool life and improves the quality of the part. The invention provides a non-waste process, minimizing the specific efforts on the tool and increasing its durability, high quality products, expanding the technological capabilities of hot die forging to increase the complexity of the shape of the outer contour and cavity and improve the service properties of parts using metals and alloys of increased strength.

Также значительно расширяются технологические возможности универсальных гидравлических прессов с подвижным контейнером.The technological capabilities of universal hydraulic presses with a moving container are also greatly expanded.

Известный способ позволяет получать заготовки лопаток для изготовления полых лопаток, где требуется две зеркальные заготовки с несимметричными к полотну лопатки замковыми элементами, которые после диффузной сварки образуют симметричный замок. Известный способ позволяет на универсальном прессовом оборудовании получать лопаточную заготовку, имеющую рациональную геометрическую форму, заданную регламентированную структуру и текстуру металла.The known method allows to obtain blanks for the blades for the manufacture of hollow blades, where two mirror blanks are required with locking elements asymmetrical to the blade web, which, after diffuse welding, form a symmetrical lock. The known method allows for universal pressing equipment to obtain a blade blank having a rational geometric shape, a predetermined regulated structure and texture of the metal.

Недостатком известного способа является невозможность формирования симметричной законцовочной части относительно полотна лопатки при их изготовлении на универсальных прессах, например трубопрофильных.The disadvantage of this method is the impossibility of forming a symmetrical ending part relative to the blade web during their manufacture on universal presses, for example tube-shaped ones.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является обеспечение возможности изготовления заготовок широкохордовых лопаток с замком, симметричным относительно полотна лопатки, с регламентированными структурой и механическими свойствами на существующем универсальном оборудовании с более высоким экономическим эффектом и высокой производительностью.The problem to which this invention is directed is to provide the possibility of manufacturing blanks of wide chordate blades with a lock symmetrical with respect to the blade blade, with regulated structure and mechanical properties on existing universal equipment with higher economic effect and high performance.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления заготовок широкохордовых лопаток, включающем подачу нагретой кольцевой заготовки в контейнер, прессование заготовки с формированием осесимметричной замковой и перовой частей прямым или обратным прессованием, механическую обработку, разрезку на сектора и окончательное формообразование и термообработку, согласно изобретению формирование осесимметричной заготовки производят ходом пресс-штемпеля с выдавливанием металла в полость между наружной матрицей, сопряженной с контейнером, и внутренней матрицей, сопряженной с центральной оправкой, а окончательную формовку осуществляют штамповкой. Одновременно с формированием осесимметричной замковой части заготовки лопатки формируют замок с переменной высотой. Кроме того, окончательную штамповку осуществляют в изотермических условиях и совмещают операцию штамповки с операцией правки.The problem is solved in that in a method of manufacturing billets of wide chordate blades, including feeding a heated annular billet into a container, pressing the billet with the formation of axisymmetric locking and feather parts by direct or reverse pressing, machining, cutting into sectors and final shaping and heat treatment, according to the invention, forming axisymmetric blanks are produced by pressing a stamp with extrusion of metal into the cavity between the outer matrix, paired with ynerom, and the inner matrix of the conjugate with the central mandrel, and a final molding is carried out by stamping. Simultaneously with the formation of the axisymmetric locking part of the billet blank, a lock with a variable height is formed. In addition, the final stamping is carried out in isothermal conditions and combine the stamping operation with the dressing operation.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является создание процесса получения на универсальном прессовом, печном и станочном оборудовании заготовок широкохордовых лопаток, имеющих рациональную геометрическую форму, с обеспечением регламентированной структуры и текстуры металла.The technical result achieved by the implementation of the invention is the creation of a process for the production of universal chord, furnace and machine tool blanks of wide-chordate blades having a rational geometric shape, ensuring a regulated structure and texture of the metal.

Предлагаемым способом возможно производить заготовки широкохордовых лопаток с переменной высотой замковой части лопатки одновременно с формированием осесимметричной замковой части. В этом случае используют матричный узел с соответствующей торцевой поверхностью, обращенной к кольцевой заготовке.By the proposed method, it is possible to produce blanks of chordate blades with a variable height of the castle part of the blade simultaneously with the formation of an axisymmetric castle part. In this case, a matrix assembly with a corresponding end surface facing the annular blank is used.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена получаемая заявляемым способом лопаточная заготовка 1 с законцовочной частью 2. На верхней половине фиг.2 показано исходное положение перед операцией прессования контейнера 1, содержащего матричный узел 2, оправку 3, наружный пресс-штемпель 4 с наружной матрицей 5, внутренний пресс-штемпель 6 с внутренней матрицей 7 и заготовкой 8. На нижней половине фиг.2 показан процесс выдавливания кольцевой лопаточной заготовки 9 в полость 10.The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows the blade preform 1 obtained with the inventive method with the ending part 2. The upper half of Fig. 2 shows the initial position before pressing a container 1 containing a matrix unit 2, a mandrel 3, an external stamp 4 with an outer die 5, an inner die 6 with an inner die 7 and a blank 8. The lower half of FIG. 2 shows the process of extruding an annular blade blank 9 into a cavity 10.

Способ осуществляется следующим образом: кольцевую заготовку 8 нагревают и помещают в матричный узел 2 контейнера 1, затем ходом внутреннего пресс-штемпеля 6 осуществляют перемещение наружного пресс-штемпеля 4 с наружной матрицей 5 и внутренней матрицы 7, при котором происходит выдавливание металла кольцевой заготовки 8 в полость 10 с формированием кольцевой лопаточной заготовки 9, которую по окончании процесса прессования извлекают из контейнера 1 и снимают с оправки 3. Затем производят разрезку на заготовки с аэродинамическим профилем и окончательную формовку профиля заготовки лопатки ковкой.The method is as follows: the annular blank 8 is heated and placed in the matrix unit 2 of the container 1, then the external press stamp 4 with the outer matrix 5 and the inner matrix 7 are moved by the internal press stamp 6, at which the metal of the annular blank 8 is extruded cavity 10 with the formation of an annular blade blank 9, which at the end of the pressing process is removed from the container 1 and removed from the mandrel 3. Then cut into blanks with an aerodynamic profile and approx final molding of the blade blank forging profile.

Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.

Для опробования способа изготовления заготовок широкохордовых лопаток отпрессовали кольцевую заготовку ⌀276×⌀182×170 мм из сплава Ti-6Al-4V, которую нагревали до температуры 930°C в электрической печи сопротивления. Нагретую заготовку размещали в матричном узле 2 контейнера 1 пресса 3150 тс с диаметром рабочей втулки 280 мм. Ходом пресс-штемпеля производили выпрессовку обратным выдавливанием металла заготовки в полость, образованную наружной и внутренней матрицами. После извлечения отпрессованной кольцевой заготовки с размерами ⌀277× ⌀180×60 мм в замковой части и ⌀245×⌀217×360 мм в перовой части заготовку термообработали и разрезали на 2 заготовки с периметром по хордовому направлению пера лопатки 363 мм, затем нагревали и окончательно штамповали с получением заготовки широкохордовой лопатки с длиной пера 360 мм и шириной 380 мм.To test the method of manufacturing billets of wide-chordate blades, a заготов276 × ⌀182 × 170 mm ring billet was pressed from a Ti-6Al-4V alloy, which was heated to a temperature of 930 ° C in an electric resistance furnace. The heated preform was placed in the matrix assembly 2 of container 1 of the press 3150 tf with a working sleeve diameter of 280 mm. During the course of the press stamp, the workpiece was extruded by extruding the metal of the workpiece into the cavity formed by the outer and inner dies. After removing the pressed annular blank with dimensions ⌀277 × ⌀180 × 60 mm in the castle part and и245 × ⌀217 × 360 mm in the feather part, the workpiece was heat-treated and cut into 2 blanks with a perimeter along the chordal direction of the blade feather 363 mm, then heated and finally stamped to obtain a wide chordate blade blank with a pen length of 360 mm and a width of 380 mm.

Механические свойства полученных лопаточных заготовок приведены в таблице.The mechanical properties of the resulting blade blanks are given in the table.

ТаблицаTable Направление вырезки образцаSample cutting direction σ₀₂, МПаσ ₀₂ , MPa σ_в, МПаσ _in , MPa δ, %δ,% Ψ, %Ψ,% ПродольноеLongitudinal 971971 10661066 16,416,4 45,245,2 ХордовоеChord 10201020 10801080 15,615.6 47,247.2

Микроструктура заготовок широкохордовых лопаток соответствует условиям деформации и термообработки в (α+β)-области. Степень глобуляризации составляет 87%, количество α-фазы - 80%. Размер зерна в продольном направлении 5-8 мкм, в хордовом направлении 2-5 мкм.The microstructure of the workpieces of wide-chordate blades corresponds to the conditions of deformation and heat treatment in the (α + β) -region. The degree of globularization is 87%, the amount of the α phase is 80%. The grain size in the longitudinal direction of 5-8 microns, in the chordal direction of 2-5 microns.

Предлагаемый способ по сравнению с известными обеспечивает возможность изготовления заготовок широкохордовых лопаток с замком, симметричным относительно полотна лопатки, с регламентированными структурой и механическими свойствами на существующем универсальном оборудовании с более высоким экономическим эффектом и высокой производительностью.The proposed method, in comparison with the known methods, makes it possible to produce billets of wide chordate blades with a lock symmetrical with respect to the blade blade, with regulated structure and mechanical properties on existing universal equipment with a higher economic effect and high productivity.

Claims

1. A method of manufacturing preforms of wide-chordate blades, including feeding a heated annular preform into a container, its direct and reverse pressing with the formation of an axisymmetric preform with locking and feather parts of the scapula, machining an axisymmetric preform, cutting it into sectors, final shaping of the preform of the scapula and heat treatment, characterized the fact that pressing with the formation of an axisymmetric billet is carried out by the course of the press stamp with extrusion of the metal of the annular billet into strips s between the outer matrix conjugate with the container, and the inner matrix of the conjugate with the central mandrel and the final shaping is carried out by stamping the blade blank.

2. The method according to claim 1, characterized in that simultaneously with the formation of an axisymmetric billet with the locking and feather parts of the scapula, the lock of the scapula with a variable height is formed.

3. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the stamping is carried out in isothermal conditions and combined with editing.