RU230163U1 - Штамп для изготовления штамповок авиационных лопаток - Google Patents
Штамп для изготовления штамповок авиационных лопаток Download PDFInfo
- Publication number
- RU230163U1 RU230163U1 RU2024102743U RU2024102743U RU230163U1 RU 230163 U1 RU230163 U1 RU 230163U1 RU 2024102743 U RU2024102743 U RU 2024102743U RU 2024102743 U RU2024102743 U RU 2024102743U RU 230163 U1 RU230163 U1 RU 230163U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stamp
- engraving
- inserts
- blind cavity
- base
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000002103 nanocoating Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000007500 overflow downdraw method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 3
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 7
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 7
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 3
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- ZVWKZXLXHLZXLS-UHFFFAOYSA-N zirconium nitride Chemical compound [Zr]#N ZVWKZXLXHLZXLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004372 laser cladding Methods 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 210000003298 dental enamel Anatomy 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- GFUGMBIZUXZOAF-UHFFFAOYSA-N niobium zirconium Chemical compound [Zr].[Nb] GFUGMBIZUXZOAF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- -1 zirconium ions Chemical class 0.000 description 1
Abstract
Полезная модель относится к области обработки металлов давлением, в частности к штампам для изотермической штамповки деталей, и может быть использована в авиационной промышленности при изготовлении лопаток из титановых сплавов. Штамп содержит верхнее и нижнее основания, каждое из которых выполнено с глухой полостью и сквозными отверстиями. В глухой полости верхнего основания смонтирована верхняя вставка с гравюрой со стороны корыта лопатки. В глухой полости нижнего основания смонтирована нижняя вставка с гравюрой со стороны спинки лопатки. Вставки выполнены из жаропрочного сплава методом электронно-лучевого сплавления и снабжены расположенным на поверхности их гравюр упрочняющим наноструктурированным покрытием. Покрытие получено в результате лазерной наплавки двухкомпонентной смеси из порошка карбида титана и порошка карбида бора. Толщина покрытия составляет 30 мкм, а микротвердость 14 ГПа. В результате обеспечивается снижение износа вставок и, следовательно, повышение эксплуатационной надежности штампа. 1 ил.
Description
Полезная модель относится к области обработки металлов давлением, в частности к штампам для горячей, изотермической штамповки деталей, и может быть использована в авиационной промышленности при изготовлении лопаток из титановых сплавов.
В процессе изготовления штамповок при изотермической штамповке авиационных лопаток изнашивание поверхности гравюр нижней и верхней вставок сопровождается снижением эксплуатационных показателей штампа. Износ поверхности гравюр требует дальнейшей замены вставок, что повышает себестоимость производимой продукции. Актуальной инженерной задачей является повышение эксплуатационной надежности и работоспособности основных конструктивных элементов штампа - гравюр нижней и верхней вставок. Это может быть достигнуто увеличением механической прочности их поверхности, которая, в свою очередь, будет способствовать повышению сопротивления деформированию и разрушению материала вставок.
Существует широкий спектр технологий, позволяющих снизить износ поверхности: наплавка износостойким материалом, газоплазменное напыление твердосплавными порошками, ионное модифицирование поверхностного слоя, химико-термическое упрочнение и др.
Известна конструкция штампа для изготовления штамповок лопаток на гидравлическом прессе [Патент Китая CN 104493040 от 23.12.2014 МПК B21J 13/02, В21К 3/04, опубл. 08.04.2015], содержащая 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 основаниях выполнены сквозные соосные отверстия, в которые установлены направляющие колонки.
Недостатком данной конструкции штампа является недостаточно высокая механическая прочность поверхности гравюр верхней и нижней вставок, приводящая к их деформированию и разрушению при изотермической штамповке авиационных лопаток.
Известна конструкция штампа [Патент RU 2456112 МПК B21J 13/02, опубл. 20.07.2012], содержащая основу из жаропрочного никелевого сплава с нанесенным на его гравюру износостойким упрочняющим многослойным покрытием. Общая толщина покрытия составляет от 8 до 30 мкм. Покрытие выполнено в виде по крайней мере двух чередующихся слоев. Первый из слоев состоит из циркония, хрома, ниобия или их сочетания, нанесенных ионно-плазменным методом в вакууме от 10-4 до 10-9 мм рт. ст. Второй слой состоит из нитридов, боридов или карбидов этих же металлов или их сочетаний, нанесенных ионно-плазменным методом при давлении от 10-3 до 10-4 мм рт. ст. в среде азота, бора, углерода или их смесей. При этом первый слой нанесен на поверхность основного материала штампа, легированную имплантацией ионов циркония и/или диффузионным насыщением цирконием. Покрытие может быть выполнено в виде чередующихся слоев: цирконий и нитрид циркония, цирконий или хром и нитрид циркония, цирконий, хром, ниобий и нитрид циркония, цирконий, хром, ниобий и нитрид циркония-ниобия при толщине каждого слоя от 0,4 мкм до 2,5 мкм. В результате обеспечивается повышение стойкости гравюры штампа.
Недостатком описанной конструкции штампа является недостаточно высокая механическая прочность поверхности гравюр верхней и нижней вставок, приводящая к их деформированию и разрушению при изотермической штамповке авиационных лопаток.
Наиболее близким к предлагаемому решению является конструкция штампа для изготовления штамповок лопаток на гидравлическом прессе [Патент RU 217701 МПК B21J 13/02, опубл. 12.04.2023], содержащая 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. Верхняя и нижняя вставки выполнены из жаропрочного сплава методом электронно-лучевого сплавления, смонтированы в соответствующие верхнее и нижнее основания с помощью крепежных элементов, а направляющие колонки установлены в четырех угловых зонах по периметру каждого вышеупомянутого основания.
Недостатком конструкции штампа является недостаточно высокая механическая прочность поверхности гравюр верхней и нижней вставок, приводящая к их деформированию и разрушению при изотермической штамповке авиационных лопаток.
Задачей полезной модели является создание конструкции штампа для изготовления штамповок авиационных лопаток с повышенной механической прочностью поверхности гравюр верхней и нижней вставок для обеспечения их высокого сопротивления деформированию и разрушению.
Технический результат заключается в снижении износа вставок штампа путем лазерной наплавки на поверхность их гравюр упрочняющего наноструктурированного покрытия из смеси порошков карбида титана и карбида бора, а также в повышении эксплуатационной надежности конструкции штампа.
Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемой конструкции штампа для изготовления штамповок авиационных лопаток, содержащей верхнее и нижнее основания, каждое из которых выполнено с глухой полостью и сквозными отверстиями, верхнюю вставку с гравюрой со стороны корыта лопатки, смонтированную в глухой полости верхнего основания с помощью крепежных элементов, нижнюю вставку с гравюрой со стороны спинки лопатки, смонтированную в глухой полости нижнего основания с помощью крепежных элементов, и направляющие колонки, установленные в четырех угловых зонах по периметру верхнего и нижнего оснований в их сквозных отверстиях, выполненных соосными, при этом верхняя и нижняя вставки выполнены из жаропрочного сплава методом электронно-лучевого сплавления, согласно новому техническому решению, верхняя и нижняя вставки снабжены расположенным на поверхности их гравюр упрочняющим наноструктурированным покрытием, полученным в результате лазерной наплавки двухкомпонентной смеси из порошка карбида титана и порошка карбида бора, при этом толщина покрытия составляет 30 мкм, а микротвердость 14 ГПа.
Конструкция штампа для изготовления штамповок авиационных лопаток может быть изготовлена из жаропрочных сталей (ЖС6У, ЖС26) методом электронно-лучевого сплавления и механической обработки. Формирование упрочняющего наноструктурированного покрытия осуществляется способом наплавки путем расплавления наноразмерных частиц порошков карбида титана и карбида бора под воздействием непрерывного лазерного излучения и созданием функционального поверхностного слоя.
Описание конструкции.
На фиг. 1 приведена конструкция штампа для изготовления штамповок авиационных лопаток: 1 - верхнее основание, 2 - нижнее основание, 3 - верхняя вставка, 4 - нижняя вставка, 5 - гравюра корыта лопатки, 6 - гравюра спинки лопатки, 7 - винты, 8 - направляющие колонки верхнего основания, 9 - отверстия нижнего основания, 10 - упрочняющее наноструктурированное покрытие.
Штамп для изготовления штамповок авиационных лопаток (фиг. 1) состоит из верхней 3 и нижней 4 вставок, установленных соответственно в глухие полости верхнего 1 и нижнего 2 оснований и закрепленных винтами 7. На верхней вставке 3 имеется гравюра корыта лопатки 5, нижней вставке 4 - гравюра спинки лопатки 6. Штамп в сборе устанавливается и крепится в верхнем и нижнем штамподержателях гидравлического пресса (на фиг. не показаны). Разборка штампа осуществляется в обратном порядке, при этом в верхнем 1 и нижнем 2 основаниях предусмотрены центральные отверстия для снятия вставок (на фиг. не показаны) в случае их залипания при попадании и застывании стеклоэмали. На нижнем основании 2 имеются отверстия 9, в которые входят направляющие колонки 8 верхнего основания 1.
На поверхности гравюр 5, 6 имеется упрочняющее наноструктурированное покрытие 10, которое получено в результате лазерной наплавки двухкомпонентной смеси, состоящей из порошка карбида титана дисперсностью 50-80 нм и порошка карбида бора дисперсностью 20-50 нм. Покрытие 10 имеет толщину 30 мкм и микротвердость 14 ГПа. Данное упрочняющее покрытие обеспечивает повышенную механическую прочность поверхности гравюр 5 и 6, снижающую их износ при повышенном сопротивлении деформированию и разрушению материала вставок 3 и 4 в процессе изотермической штамповки, что способствует повышению эксплуатационной надежности конструкции штампа.
Устройство работает следующим образом.
Штамп работает следующим образом. Верхнее основание 1 с установленной в его глухой полости при помощи винтов 7 верхней вставкой 3 крепится к верхнему штамподержателю и траверсе пресса (на фиг. не показаны). Такое исходное положение позволяет выполнить укладку заготовки в гравюру спинки лопатки 6 нижней вставки 4.
Нижнее основание 2 с установленной в его глухой полости при помощи винтов 7 нижней вставкой 4 крепится на нижнем штамподержателе и столе пресса (на фиг. не показаны).
После укладки заготовки в гравюре спинки лопатки 6 нижней вставки 4 нижнего основания 2 выполняется рабочий ход пресса до смыкания верхнего 1 и нижнего 2 оснований. При этом верхнее основание 1 центрируется посредством направляющих колонок 8 верхнего основания 1 с отверстиями 9 в нижнем основании 2. Направляющие колонки 8 центрируют верхнее 1 и нижнее 2 основания со вставками 3 и 4, исключая взаимное смещение гравюр 5 и 6 друг относительно друга. Штамп работает в изотермических условиях с нагревом до ковочной температуры от 850°С до 970°С.
После выполнения рабочего хода и выдержки под давлением (по необходимости) исходной заготовки выполняется обратный ход верхнего основания 1 в верхнее исходное положение и съем штамповки лопатки из гравюры нижней вставки 4.
Наличие упрочняющего наноструктурированного покрытия 10 на поверхностях гравюр 5 и 6 обеспечивает повышенную механическую прочность их поверхности, что снижает их износ при повышенном сопротивлении деформированию и разрушению материала вставок 3 и 4. Это способствует повышению эксплуатационной надежности конструкции штампа.
Исследования показали, что оптимальными режимами процесса лазерной наплавки упрочняющего наноструктурированного покрытия из двухкомпонентной смеси, включающей порошок карбида титана дисперсностью 50-80 нм и порошка карбида бора дисперсностью 20-50 нм, на поверхность гравюр являются следующие: мощность лазерного излучения в непрерывном режиме воздействия 16-18 Вт, диаметр лазерного пятна 0,2-0,5 мм, скорость обработки 100-120 мм/с. При уменьшении значений указанных параметров эффект упрочнения не наблюдается, а при их увеличении покрытие, полученное в результате лазерного формирования из двухкомпонентной смеси порошков, включающей порошок карбида титана и порошок карбида бора, характеризуется грубой, неоднородной структурой, обусловленной образованием множества дефектных участков в виде пережогов и наплывов. В указанном диапазоне параметров происходит расплавление частиц карбида титана и частиц карбида бора под воздействием непрерывного лазерного излучения и формирование упрочняющего наноструктурированного покрытия толщиной 30 мкм с величиной микротвердости 14 ГПа, что обеспечивает снижение износа поверхности гравюр не менее чем на 20%.
Таким образом, предложенная конструкция штампа для изготовления штамповок авиационных лопаток, обладает повышенной механической прочностью поверхности гравюр верхней и нижней вставок, обеспечивает повышенную эксплуатационную надежность штампа и позволяет значительно увеличить срок его эксплуатации без проведения восстановительного ремонта или замены.
Claims (1)
- Штамп для изготовления штамповок авиационных лопаток, содержащий верхнее и нижнее основания, каждое из которых выполнено с глухой полостью и сквозными отверстиями, верхнюю вставку с гравюрой со стороны корыта лопатки, смонтированную в глухой полости верхнего основания с помощью крепежных элементов, нижнюю вставку с гравюрой со стороны спинки лопатки, смонтированную в глухой полости нижнего основания с помощью крепежных элементов, и направляющие колонки, установленные в четырех угловых зонах по периметру верхнего и нижнего оснований в их сквозных отверстиях, выполненных соосными, при этом верхняя и нижняя вставки выполнены из жаропрочного сплава методом электронно-лучевого сплавления, отличающийся тем, что верхняя и нижняя вставки снабжены расположенным на поверхности их гравюр упрочняющим наноструктурированным покрытием, полученным в результате лазерной наплавки двухкомпонентной смеси из порошка карбида титана и порошка карбида бора, при этом толщина покрытия составляет 30 мкм, а микротвердость 14 ГПа.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU230163U1 true RU230163U1 (ru) | 2024-11-18 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4383426A (en) * | 1981-03-16 | 1983-05-17 | United Technologies Corporation | Die construction for fan blades |
| RU2456112C2 (ru) * | 2010-05-13 | 2012-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Штамп для горячей штамповки деталей из титановых сплавов |
| RU2542199C1 (ru) * | 2013-07-16 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Способ получения композиционных покрытий из порошковых материалов |
| JP6306645B2 (ja) * | 2016-06-27 | 2018-04-04 | 藤森工業株式会社 | 帯電防止表面保護フィルム用剥離フィルム |
| RU2737836C1 (ru) * | 2020-04-03 | 2020-12-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" | Штамп для штамповки лопаток |
| RU217701U1 (ru) * | 2023-03-07 | 2023-04-12 | Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" | Штамп для изготовления штамповок лопаток на гидравлическом прессе |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4383426A (en) * | 1981-03-16 | 1983-05-17 | United Technologies Corporation | Die construction for fan blades |
| RU2456112C2 (ru) * | 2010-05-13 | 2012-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Штамп для горячей штамповки деталей из титановых сплавов |
| RU2542199C1 (ru) * | 2013-07-16 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Способ получения композиционных покрытий из порошковых материалов |
| JP6306645B2 (ja) * | 2016-06-27 | 2018-04-04 | 藤森工業株式会社 | 帯電防止表面保護フィルム用剥離フィルム |
| RU2737836C1 (ru) * | 2020-04-03 | 2020-12-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" | Штамп для штамповки лопаток |
| RU217701U1 (ru) * | 2023-03-07 | 2023-04-12 | Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" | Штамп для изготовления штамповок лопаток на гидравлическом прессе |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110219002B (zh) | 用于修复模具的高熵合金复合涂层材料及模具修复方法 | |
| CA3011463C (en) | Methods for producing forged products and other worked products | |
| CN208067054U (zh) | 一种药型罩旋压设备 | |
| DE2744033C2 (ru) | ||
| EP2838691B1 (en) | Process for laser-assisted tool build and repair | |
| RU230163U1 (ru) | Штамп для изготовления штамповок авиационных лопаток | |
| CN104126360A (zh) | 仿生农用机械动刀片及其制造方法 | |
| RU231002U1 (ru) | Штамп для изготовления штамповок авиационных лопаток | |
| RU231001U1 (ru) | Штамп для изготовления штамповок авиационных лопаток | |
| US20100255970A1 (en) | Metal foil machining roller | |
| JP6474885B2 (ja) | 積層造形されるロータリー切削ユニット用アンビル | |
| CN103084572A (zh) | 具有耐磨涂层的成形冲压模具 | |
| EP1172453A2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines endkonturnahen Formgebungswerkzeuges und danach hergestelltes Formgebungswerkzeug | |
| JP5797408B2 (ja) | ロータリーカッター | |
| JP2009506895A (ja) | 成形工具 | |
| CN109127908A (zh) | 一种汽车零部件生产加工用模具及其制造方法 | |
| CN111410405B (zh) | 一种高花纹精度、耐高温压花辊结构及制备方法 | |
| CN218785177U (zh) | 离心有型铸造轧辊辊身造型装置 | |
| EP4414106A1 (en) | 3d printed metal with controlled carbide size and method of producing the same | |
| CN218591773U (zh) | 分体式孔型冷铁 | |
| DE3544759C2 (ru) | ||
| US12440919B2 (en) | Method for making an industrial tool, such as an anvil roll | |
| RU217701U1 (ru) | Штамп для изготовления штамповок лопаток на гидравлическом прессе | |
| JP2015091597A (ja) | 熱間鍛造用金型 | |
| JP2011001606A (ja) | 高硬度耐食耐磨耗合金素材およびそれを用いた耐摩耗性部材並びにその製造方法 |