RU2635980C1 - Method to produce thin-walled axisymmetric shells - Google Patents
Method to produce thin-walled axisymmetric shells Download PDFInfo
- Publication number
- RU2635980C1 RU2635980C1 RU2016121729A RU2016121729A RU2635980C1 RU 2635980 C1 RU2635980 C1 RU 2635980C1 RU 2016121729 A RU2016121729 A RU 2016121729A RU 2016121729 A RU2016121729 A RU 2016121729A RU 2635980 C1 RU2635980 C1 RU 2635980C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- elements
- shell
- walled
- thin
- connection
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D5/00—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves
- B21D5/06—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves by drawing procedure making use of dies or forming-rollers, e.g. making profiles
- B21D5/10—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves by drawing procedure making use of dies or forming-rollers, e.g. making profiles for making tubes
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении из высокопрочных сплавов тонкостенных оболочек ракетных двигателей с внутренним диаметром более 120 мм.The invention relates to mechanical engineering and can be used in the manufacture of high-strength alloys of thin-walled shells of rocket engines with an internal diameter of more than 120 mm
В машиностроении известен способ изготовления неразъемной сборки из двух деталей, включающий обработку резанием и упрочняющую термообработку первой детали с формированием цилиндрической посадочной поверхности типа «вал», обработку резанием и упрочняющую термообработку второй детали с формированием цилиндрической посадочной поверхности, типа «отверстие», с номинальным диаметром, меньшим диаметра «вала» первой детали, нагревание второй детали до температуры несколько ниже температуры низкого отпуска материала, из которого она изготовлена, сборку первой и второй детали по посадочным поверхностям и охлаждения сборки до нормальной температуры, при этом максимальные значения сопротивления сдвигу осевой силой получают при выполнении горячей посадки с большим натягом. Способ эффективно используется для соединения толстостенных, жестких деталей (Решетов Д.Н., «Детали машин», Машиностроение, 1964 г., стр. 91-93).In mechanical engineering, there is a known method of manufacturing a one-piece assembly of two parts, including cutting and hardening heat treatment of the first part with the formation of a cylindrical landing surface of the “shaft” type, cutting and hardening heat treatment of the second part with the formation of a cylindrical landing surface, of the “hole” type, with a nominal diameter smaller than the diameter of the “shaft” of the first part, heating the second part to a temperature slightly lower than the low tempering temperature of the material from which it is made level, the assembly of the first and second parts along the seating surfaces and cooling the assembly to normal temperature, while the maximum values of shear resistance by axial force are obtained when performing a hot fit with a high tightness. The method is effectively used to connect thick-walled, hard parts (Reshetov D.N., "Machine parts", Engineering, 1964, pp. 91-93).
Недостатками аналога являются:The disadvantages of the analogue are:
1. Для соединения тонкостенных деталей большие натяги, обеспечивающие максимальное сопротивление сдвигу, неприемлемы, в том числе из-за быстрого охлаждения охватывающей детали в процессе сборки.1. For the connection of thin-walled parts, large tightnesses, providing maximum shear resistance, are unacceptable, including due to the rapid cooling of the enclosing part during assembly.
2. Соединение тонкостенных деталей с малым натягом снижает давление в соединении и, как следствие, снижается сопротивление сдвигу. Для увеличения сопротивления сдвигу необходимо увеличить длину посадочных поверхностей, что значительно увеличивает расход металла, а также (при большой длине посадочных поверхностей) делает соединение невозможным.2. The connection of thin-walled parts with low interference reduces the pressure in the connection and, as a result, the shear resistance is reduced. To increase the shear resistance, it is necessary to increase the length of the seating surfaces, which significantly increases the consumption of metal, and also (with a large length of the seating surfaces) makes the connection impossible.
Известен способ изготовления, с минимальным расходом металла, тонкостенного осесимметричного сосуда сложной формы, состоящего из цилиндрического элемента, соединенного с криволинейным донным элементом, включающим раздельное изготовление из листовых заготовок двух простых, по сравнению с тонкостенной осесимметричной оболочкой, элементов - цилиндрического элемента и донного элемента, изготовление неразъемного осесимметричного полуфабриката сложной формы путем сварки встык кольцевым швом цилиндрического и донного элементов, термообработку полуфабриката для снятия напряжений, полученных при сварке, контроль качества сварного шва, ротационную вытяжку цилиндрического элемента полуфабриката совместно со сварным швом с получением тонкостенной оболочки и окончательную обработку оболочки (патент RU 2131787, МПК B21D 51/10, B21D 22/16, опубл. 20.06.1999). Способ принят за прототип.A known method of manufacturing, with a minimum consumption of metal, of a thin-walled axisymmetric vessel of complex shape, consisting of a cylindrical element connected to a curved bottom element, including separate production from sheet blanks of two simple, compared with a thin-walled axisymmetric shell, elements - a cylindrical element and a bottom element, manufacturing of one-piece axisymmetric semi-finished product of complex shape by butt welding with an annular seam of cylindrical and bottom elements, thermo the work of the semi-finished product to relieve stresses obtained during welding, quality control of the weld, rotational drawing of the cylindrical element of the semi-finished product together with the weld to obtain a thin-walled shell and final processing of the shell (patent RU 2131787, IPC B21D 51/10, B21D 22/16, publ. 06/20/1999). The method adopted for the prototype.
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
1. Прочностные характеристики металла в зоне сварного шва меньше, чем в основном металле, на 10…15%.1. The strength characteristics of the metal in the weld zone is less than in the base metal by 10 ... 15%.
2. После сварки необходимо производить термообработку для снятия напряжений, а также оценку качества сварного шва ответственных полуфабрикатов рентгенографическим контролем, магнитной дефектоскопией, гидро- или пневмоиспытаниями.2. After welding, it is necessary to carry out heat treatment to relieve stresses, as well as assess the quality of the weld of critical semi-finished products by X-ray inspection, magnetic flaw detection, hydro- or pneumatic tests.
3. При изготовлении данным способом оболочек, типа тонкостенной камеры ракетного двигателя малогабаритной ракеты, из высокопрочных сплавов ее необходимо упрочнять термообработкой, при этом требуется обеспечить высокую геометрическую точность оболочки.3. In the manufacture by this method of shells, such as a thin-walled chamber of a rocket engine of a small-sized rocket, from high-strength alloys, it must be hardened by heat treatment, while it is necessary to ensure high geometric accuracy of the shell.
Для получения высокой геометрической точности (отклонение от круглости и прямолинейности) оболочки подвергаются термоправке:To obtain high geometric accuracy (deviation from roundness and straightness), the shells are thermally corrected:
- оболочки из высокопрочных стальных сплавов, упрочняемых закалкой с последующим мартенситным старением в процессе закалки на аустенитной оправке;- shells of high-strength steel alloys hardened by quenching followed by martensitic aging during quenching on an austenitic mandrel;
- оболочки из высокопрочных стальных сплавов упрочняемых закалкой с отпуском в процессе охлаждения после закалки на разжимной оправке, при этом сборка оболочки с оправкой должна осуществляться за малый отрезок времени.- shells of high-strength steel alloys hardened by quenching with tempering during cooling after quenching on an expandable mandrel, while assembly of the shell with the mandrel should be carried out in a short period of time.
Оболочки со сложной внутренней поверхностью термически обработать с использованием оправки для термоправки удается не всегда, поэтому термообработка таких оболочек осуществляется в свободном состоянии, при этом оболочки приобретают значительные отклонения от круглости и прямолинейности, часть оболочек выбраковывается.Shells with a complex inner surface are not always heat-treated using a mandrel for thermal dressing, therefore, the heat treatment of such shells is carried out in a free state, while the shells acquire significant deviations from roundness and straightness, some of the shells are rejected.
Предлагаемым изобретением решается задача изготовления неразъемной тонкостенной осесимметричной оболочки со сложной внутренней поверхностью, типа корпуса двигательной установки малогабаритной ракеты, состоящей из 2…3 элементов, изготовленных из высокопрочных сплавов.The present invention solves the problem of manufacturing an integral thin-walled axisymmetric shell with a complex inner surface, such as the housing of a propulsion system of a small-sized rocket, consisting of 2 ... 3 elements made of high-strength alloys.
Технический результат - обеспечение заданной геометрической точности тонкостенной осесимметричной оболочки сложной формы. Возможность изготовления осесимметричной оболочки сложной формы из элементов, выполненных из разных высокопрочных сплавов с разными механическими характеристиками (σВ; σ02; σ и т.д.).The technical result is the provision of a given geometric accuracy of a thin-walled axisymmetric shell of complex shape. The possibility of manufacturing an axisymmetric shell of complex shape from elements made of different high-strength alloys with different mechanical characteristics (σ B ; σ 02 ; σ, etc.).
Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления тонкостенной осесимметричной оболочки со сложной внутренней поверхностью, включающем раздельное изготовление нескольких простых элементов и последующее соединение раздельно изготовленных элементов оболочки в неразъемную блочную тонкостенную осесимметричную оболочку, новым является то, что элементы оболочки изготавливают с проведением окончательной упрочняющей термообработки и с посадочными поверхностями у торцов, у первого элемента - с охватывающими поверхностями, а у второго (второго и третьего) элемента - с ответными им охватываемыми поверхностями с размерами, обеспечивающими гарантированный натяг и герметичность в соединении, а соединение элементов оболочки в неразъемную блочную конструкцию осуществляют с нагревом первого элемента с охватывающими посадочными поверхностями до температуры, обеспечивающей сохранение прочностных свойств сплава, из которого изготовлен элемент, и гарантированное превышение размеров охватывающих посадочных поверхностей первого элемента над ответными им размерами охватываемых посадочных поверхностей второго (второго и третьего) элемента.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing a thin-walled axisymmetric shell with a complex inner surface, including the separate manufacture of several simple elements and the subsequent connection of separately manufactured shell elements into an integral block thin-walled axisymmetric shell, the new fact is that the shell elements are made with the final reinforcing heat treatment and with landing surfaces at the ends, at the first element - with covering surfaces, and at the second (second and third) element - with mating surfaces responding to them with dimensions that provide guaranteed tightness and tightness in the connection, and the connection of the shell elements into an integral block structure is carried out with heating of the first element with covering landing surfaces to a temperature that ensures preservation strength properties of the alloy of which the element is made, and guaranteed excess of the dimensions of the surrounding seating surfaces of the first element over the response and the dimensions of the seating surfaces covered by the second (second and third) element.
Посадочные поверхности элементов выполняют из сочетания кольцевых выступов и канавок, когда кольцевые выступы и канавки охватывающей поверхности первого элемента соответствуют ответным им кольцевым канавкам и выступам охватываемой поверхности второго (второго и третьего) элемента.The seating surfaces of the elements are made from a combination of annular protrusions and grooves, when the annular protrusions and grooves of the female surface of the first element correspond to their annular grooves and protrusions of the female surface of the second (second and third) element.
При использовании элементов, изготовленных из нескольких деталей, соединение элементов в неразъемную оболочку осуществляют с угловой фиксацией элементов относительно друг друга.When using elements made of several parts, the elements are connected into an integral shell with angular fixation of the elements relative to each other.
Изготовление тонкостенной оболочки сложной формы в виде неразъемной блочной конструкции из двух, трех элементов (в том числе состоящих из нескольких деталей), предварительно термически упрочненных и механически обработанных, соединением между собой по посадочным поверхностям с натягом позволяет значительно упростить технологию изготовления тонкостенной оболочки сложной формы и повысить ее геометрическую точность.The manufacture of a thin-walled shell of complex shape in the form of an integral block structure of two, three elements (including consisting of several parts), previously thermally hardened and mechanically machined, by interconnecting along the seating surfaces with an interference fit, can significantly simplify the manufacturing technology of a thin-walled shell of complex shape and increase its geometric accuracy.
Изготовление у первого элемента охватывающих посадочных поверхностей в виде сочетания кольцевых выступов и канавок, а у второго (второго и третьего) элементов охватываемых посадочных поверхностей в виде сочетания кольцевых канавок и выступов позволяет уменьшить гарантированный натяг до величины, обеспечивающей герметичность оболочки, при этом противостоять осевой сдвигающей силе, действующей на соединение, будет сумма усилия, полученного от сборки элементов с натягом и усилия сопротивления деформации кольцевых выступов (срез, смятие).The manufacture of the first covering element of the seating surfaces in the form of a combination of annular protrusions and grooves, and the second (second and third) elements of the covering seating surfaces in the form of a combination of annular grooves and protrusions allows you to reduce the guaranteed interference fit to a value that ensures the tightness of the shell, while resisting axial shear the force acting on the joint will be the sum of the force obtained from the assembly of the elements with an interference fit and the strain resistance of the annular protrusions (shear ).
Изготовление элементов термически упрочненными, до получения оптимальных прочностных свойств металла, каждого элемента позволяет упростить изготовление оболочки сложной формы, т.к. значительно упрощается технология термообработки и используемые при этом оправки.The manufacture of elements is thermally hardened, to obtain the optimal strength properties of the metal, each element can simplify the manufacture of shell complex shape, because the heat treatment technology and the mandrels used are greatly simplified.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, где:The proposed technical solution is illustrated by drawings, where:
- на фиг. 1 показан тонкостенный элемент 1, выполненный из нескольких деталей с охватывающими посадочными поверхностями по торцам элемента из сочетания кольцевых выступов и канавок с размерами D, D1, L и Н и с внутренним диаметром ∅;- in FIG. 1 shows a thin-
- на фиг. 2 показан тонкостенный элемент 2, выполненный из нескольких деталей с внутренними диаметрами ∅ и ∅1 и с охватываемыми посадочными поверхностями на торце элемента из сочетания кольцевых выступов и канавок с размерами d, d1, l и h;- in FIG. 2 shows a thin-
- на фиг. 3 показан тонкостенный элемент 3, выполненный из нескольких деталей с внутренними диаметрами ∅1 и ∅ и с охватываемыми посадочными поверхностями на торце элемента из сочетания кольцевых выступов и канавок с размерами d, d1, l и h;- in FIG. 3 shows a thin-
- на фиг. 4 показана тонкостенная оболочка сложной формы, полученная сборкой из элементов 1, 2, 3.- in FIG. 4 shows a thin-walled shell of complex shape obtained by assembly of
Пример использования предлагаемого решенияAn example of using the proposed solution
Требуется изготовить тонкостенную оболочку сложной формы, состоящую из трех элементов, как на фиг. 4: элемент 1 - дно в сборе; элемент 2 - камера стартовая в сборе; элемент 3 - камера маршевая в сборе. Элементы изготавливают раздельно.It is required to produce a thin-walled shell of complex shape consisting of three elements, as in FIG. 4: element 1 - bottom assembly; element 2 - the starting chamber assembly; element 3 - the marching chamber assembly. Elements are made separately.
Изготавливают элемент 1 с внутренними полостями диаметром ∅=194 мм. При конструктивной необходимости на наружную поверхность дна приваривают детали А и Б. После сварки и предварительной обработки резанием элемент 1 подвергают упрочняющей термообработке в виде закалки с отпуском. После выдержки при закалочной температуре элемент 1 собирают с разжимной оправкой по диаметру ∅ и быстро охлаждают до нормальной температуры, при этом диаметр ∅ приобретает отклонение от круглости ≤0,1 мм. Производят отпуск. После отпуска обрабатывают резанием охватывающие посадочные поверхности у торцов в виде сочетания кольцевых выступов и канавок с размерами D=196,1+0.1 мм; D1=196,5+0.1 мм; L=4-0.03 мм; H=4+0 03 мм.An
Последовательным выполнением операций пластической деформации (холодная штамповка, ротационная вытяжка); промежуточная термообработка для снятия напряжений, обработка резанием и др., из листовых заготовок изготавливают тонкостенную стартовую камеру с внутренними диаметрами ∅=194 мм и ∅1=190 мм длиной 380 мм и тонкостенную маршевую камеру с внутренними диаметрами ∅=194 мм и ∅1=190 мм длиной 620 мм. При конструктивной необходимости на наружную поверхность камер в зоне диаметров ∅1 приваривают детали В, Г и Д. После сварки и предварительной обработки резанием элементы 2 и 3 подвергают упрочняющей термообработке в виде закалки с отпуском. После выдержки при закалочной температуре элементы 2 и 3 собирают с разжимными оправками по диаметру ∅ и быстро охлаждают до нормальной температуры, при этом диаметр ∅ приобретает отклонение от круглости ≤0,15 мм, отклонение от прямолинейности ≤0,3 мм на всей длине поверхности с диаметром ∅. Производят отпуск. После отпуска обрабатывают резанием охватываемые посадочные поверхности у торцов в виде сочетания кольцевых канавок и выступов с размерами d=196,8-0.1 мм; d1=196,4-0.1 мм; h=4-0.03 мм; д=4+0.03 мм.Successive plastic deformation operations (cold stamping, rotary hood); intermediate heat treatment for stress relieving, cutting, etc., from sheet blanks a thin-walled launch chamber with inner diameters ∅ = 194 mm and ∅ 1 = 190 mm with a length of 380 mm and a thin-walled march chamber with inner diameters ∅ = 194 mm and ∅ 1 = are made 190 mm, length 620 mm. If structurally necessary, parts B, D and D are welded to the outer surface of the chambers in the zone of diameters ∅ 1. After welding and preliminary processing by cutting,
Исходя из размеров посадочных поверхностей элементов 1, 2 и 3 минимальный гарантированный натяг в соединении будет:Based on the dimensions of the seating surfaces of the
Δmin=(D1max-dmin)=(196,5+0,1)-(196,8-0,1)=-0,1 мм;Δ min = (D 1max -d min ) = (196.5 + 0.1) - (196.8-0.1) = - 0.1 mm;
Δmin=(Dmax-d1min)=(196,1+0,1)-(196,4-0,1)=-0,1 мм.Δ min = (D max -d 1min ) = (196.1 + 0.1) - (196.4-0.1) = - 0.1 mm.
Элемент 1 нагревают до температуры (330-350)°С, при этом охватывающие поверхности увеличиваются на (0,8-0,9) мм. Устанавливают в элемент 1 элементы 2 и 3. При наличии на элементах приваренных конструктивных деталях элементы 2 и 3 фиксируют относительно элемента 1 по углам. Охлаждают элемент 1 до нормальной температуры и получают неразборную тонкостенную оболочку сложной формы, как на фиг. 4. Производят окончательную обработку резанием оболочки согласно требованиям КД.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016121729A RU2635980C1 (en) | 2016-06-01 | 2016-06-01 | Method to produce thin-walled axisymmetric shells |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016121729A RU2635980C1 (en) | 2016-06-01 | 2016-06-01 | Method to produce thin-walled axisymmetric shells |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2635980C1 true RU2635980C1 (en) | 2017-11-17 |
Family
ID=60328644
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016121729A RU2635980C1 (en) | 2016-06-01 | 2016-06-01 | Method to produce thin-walled axisymmetric shells |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2635980C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2325844A1 (en) * | 1973-05-22 | 1974-12-19 | Daimler Benz Ag | HYDROPNEUMATIC PRESSURE ACCUMULATOR |
RU2106544C1 (en) * | 1995-02-21 | 1998-03-10 | Омская государственная академия путей сообщения | Interference joint |
RU2562200C1 (en) * | 2014-06-25 | 2015-09-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Method of manufacturing of axisymmetric welded pressure shells |
RU2567421C1 (en) * | 2014-09-03 | 2015-11-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "СПЛАВ" | Method of manufacturing of thin wall axisymmetric welded shells with end thickened rings |
-
2016
- 2016-06-01 RU RU2016121729A patent/RU2635980C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2325844A1 (en) * | 1973-05-22 | 1974-12-19 | Daimler Benz Ag | HYDROPNEUMATIC PRESSURE ACCUMULATOR |
RU2106544C1 (en) * | 1995-02-21 | 1998-03-10 | Омская государственная академия путей сообщения | Interference joint |
RU2562200C1 (en) * | 2014-06-25 | 2015-09-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Method of manufacturing of axisymmetric welded pressure shells |
RU2567421C1 (en) * | 2014-09-03 | 2015-11-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "СПЛАВ" | Method of manufacturing of thin wall axisymmetric welded shells with end thickened rings |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5420116B1 (en) | Method for forming face portion of poppet valve and poppet valve having face portion by this forming method | |
EP2458023A1 (en) | Method for heat-treating a ring-shaped member, method for producing a ring-shaped member, ring-shaped member, bearing ring, rolling bearing, and method for producing a bearing ring | |
KR100981100B1 (en) | Coolant-containing hollow poppet valve and process for producing the same | |
US11260448B2 (en) | Method for the production of hollow chamber valves | |
RU2670508C1 (en) | Method of cooling the lower part of the hot stamp and the device for its implementation | |
KR20130105623A (en) | Piston for an internal combustion engine and method for producing same | |
US3668918A (en) | Method for manufacturing shafts for vehicles | |
RU2635980C1 (en) | Method to produce thin-walled axisymmetric shells | |
CN111001960B (en) | Yankee cylinder section pre-processing piece and method for manufacturing Yankee cylinder | |
RU2649477C1 (en) | Method of manufacturing thin-walled axisymmetric shells | |
US11446729B2 (en) | Method for the production of an internal stop in a tubular component | |
KR20180124276A (en) | Method of manufacturing steering output shaft | |
JP5391866B2 (en) | Jig, and heat treatment method for cylindrical member | |
JP2006002809A (en) | Hollow power transmission shaft | |
JP2005098450A (en) | Outside joint member of constant velocity universal joint and manufacturing method thereof | |
RU2556846C1 (en) | Method of producing thin-wall shells | |
WO2014188838A1 (en) | Method for producing outside joint member for use in constant-velocity universal joint, and intermediate forged product to be made into outside joint member | |
US10364908B2 (en) | Method for producing a housing central part of a high-pressure slide gate valve | |
JPH03204412A (en) | Manufacture of two-piece bearing | |
RU2601364C1 (en) | Method of thin-walled shells with bottom making | |
RU2686431C1 (en) | Method of making axially symmetric steel housing of high pressure welded vessel | |
JP2005264262A (en) | Heat treatment method for annular gear and annular gear | |
JP7430081B2 (en) | Manufacturing method of cylindrical member | |
RU2533242C1 (en) | Shell manufacturing method | |
US2115840A (en) | Method of joining together metal bodies |