DE3009209A1

DE3009209A1 - Verfahren zur herstellung der werkstuecke fuer schaufeln von turbinen und verdichtern sowie ein gesenk zu dessen durchfuehrung

Info

Publication number: DE3009209A1
Application number: DE19803009209
Authority: DE
Inventors: Vladislav Dmitrievits Dyakonov; Makki Dayanovitsch Galimov; Oskar Akramovitsch Kaibyschev; Igor Aleksandrovitsch Klimov; Anatoly Aleksandrov Litvinenko
Original assignee: UFIM AVIACIONNYJ I IM ORDSCHON
Current assignee: UFIM AVIACIONNYJ I IM ORDSCHON
Priority date: 1979-03-11
Filing date: 1980-03-11
Publication date: 1980-09-25
Also published as: FR2451238B1; FR2451238A1; DE3009209C2; GB2122122A; GB2047131A; GB2122122B; GB2047131B

Description

BESCHREIBOTG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Druckverformung, insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung der Werkstücke für Schaufeln von Turbinen und Verdichtern und ein Gesenk zu dessen Durchführung.

Besonders wirksam kann die vorliegende Erfindung zur Erzeugung von Flugzeugmotoren bei der Herstellung von Werkstücken für Schaufeln von größeren Abmessungen mit "schwingungs- \ ^ dämpfenden Planschen" und für Zweifuß schaufeln verwendet

werden.

Außerdem kann die vorliegenden Erfindung bei der Herstel- \ lung der Schaufeln von hydraulischen und von Dampfturbinen ihre Anwendung finden.

Im Zusammenhang mit der zunehmenden Produktion von Flugzeugmotoren, der Erhöhung der Betriebsstundenzahl derselben wurde es zur Zeit dringend notwendig, neue, hochwirksame technologische Prozesse zu schaffen, die eine hohe Zuverlässigkeit der Motoren bei minimalen Produkt ionsauf Wendungen gewährleisten.

Einen besonderen Platz in JTlugzeugantriebsturbinen. nehmen die S_Cb_auf_ei_n ein. Das sind besonders hochbeanspruchte Teile des Motors, die unter den Bedingungen von hohen Temperaturen und bei höheren vorzeichenveränderlichen Belastungen betrieben werden. Dadurch wird es notwendig, für die Herstellung der Schaufeln teuere hitzebeständige Legierungen zu verwenden. Hohe Forderungen werden an die Qualität der Schaufeln und die Stabilität der Betriebskenndaten derselben gestellt. Außerdem werden die Schaufeln in Massenfertigung hergestellt: sie sind besonders kompliziert und teuer^ ihr Anteil an den gesamten Herstellungskosten eines Flugzeugmotors be-

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trägt 35-45 %. Deshalb »ird der Schaffung von neuen wirksameren Verfahren zur Herstellung von üchafeln eine so große Aufmerlslamke it geschenkt.

Alle bekannten Verfahren zur Herstellung von Schaufeln für Turbinen und Verdichter sehen in der Regel vor, daß die Schaufeln in mehreren Durchgängen geformt werden, d.h. die Form des Ausgangs»srkstückes wird allmählich, in mehreren technologischen Arbeitsgängen der Form des Fertigteils näher gebracht. Dabei nimmt die Zahl der technologischen Arbeitsgänge mit dar Erhöhung der Kompliziertheit der Konfiguration und mit wachsender ' Typengröße der Werkstücke zu, was nicht nur zu einer Verlängerung des technologischen Herstellungszyklus führt, sondern auch die Verwendung von zusätzlichen Einrichtungen und Ausrüstungen erfordert.

Außerdem wird bei allen bekannten Herstellungsverfahren in jedem Durchgang nur ein Yerformungsprinzip, in der Kegel spanlose Warmformung und bedeutend seltener Walzen oder Fließpressen verwendet. Diese Umformungsarten können bei deren Verwendung im Einzelnen die Herstellung der Präzisionsschaufeln von einer komplizierten Konfiguration und größeren Typengrößen in einem Durchgang nicht gewährleisten.

Die Ursachen dafür sind eine geringe Verformungsfähigkeit des Werkstoffes der Schaufeln, höhere spezifische Verformungsdrücke, die eine Zerstörung der Gesenke hervorrufen. Außerdem ist bei der Durchführung der bekannten Verfahren das Fließen des Metalls des Werkstückes durch die schlechteren Schmierungsverhältnisse in der Formänderungszone erschwert, und die Verwendung des Schemas der Verformung sowie die Form der Ausgangswerkstücke tragen zu einer Verbesserung der Bedingungen

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" — ίο für das Metallfliessen wenig bei.

Zur Zeit sind verschiedene Verfahren zur Herstellung der Schaufeln, und insbesondere der Schaufeln Von grösseren Abmessungen und der Schaufeln mit "Schwingungsdämpfendeη Flanschen'' bekannt.

Bs ist ein Verfahren zur Herstellung der Schaufeln von grösseren Abmessungen bekannt, das die Erhitzung eines gedrehten Maßwerkstückes, Stauehen der Yerdickung für den Fuß in drei Durchgängen, sekundäre Erhitzung des Werkstückes, Schmieden im Gesenk mit Gratbahn, Entgraten und Kalibrieren der Schaufel umfasst (S.E.G. Schastin und and. "Vervollkommnung des Schmiedens von Schaufeln aus Titanlegierungen" in "Schmiedewesen", Heft 8, 1978, S.28).

Den Hauptnachteil dieses Verfahrens bilden der hohe Arbeitsaufwand für die Herstellung der Schaufeln, der durch eine grosse Anzahl der Durchgänge bedingt ist, sowie auch das Vorhandensein von Zwischenarbeitsgängen, die mit der Entfernung von Metall: verbunden sind, was den Metallausnutzungsgrad stark vermindert.

Besonders nahe an der vorliegenden Erfindung liegt als technische Lösung ein Verfahren zur Herstellung von Schaufeln für Turbinen und Verdichter, welches im Profilieren des Schaufelblatteils durch SchmiedeStreckung besteht, die durch eine drehbare Walze im Gesenk ohne Gratbahn und anschliessendes Schmieden der Schaufel im Gesenk mit Gratbahn verwirklicht wird, wobei das Profilieren und das Schmieden mittels eines Werkzeuges verwirklicht wird, das bis zu einer Temperatur erhitzt ist, die der Temperatur der Verformbarkeit des Werkstückmetalls entspricht(S.üdSSR-Urheberschein Wr 279327, UdSSR, IPK²

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B 21 k 5/02 vom 26.03.71).

Zu den Nachteilen dieses Verfahrens gehörender hohe Arbeitsaufwand und die Kompliziertheit des technologischen Prozesses. Besonders deutlich kommen diese Nachteile bei der Herstellung der ^üchauf'Jln von einem komplizierten Profil mit starken Unterschieden der Flächen der Querschnitte: zum Ausdruck, wie z.B. bei der Herstellung der Schaufeln mit "achwingungsdämpfenden Planschen",

In diesem Pail soll man das Profilieren in mehreren Durchgängen unter der Annendung von Zwischenerhitzungen vor einem jeden Durchgang durchführen. Zu den Nachteilen gehört auch die Notwendigkeit, das Entgraten der Werkstücke durchzuführen und Schutz- und Schmierüberzüge zu entfernen sowie diese erneut vor einem jeden Durchgang beim Profilieren des Schaufelblattes aufzutragen. All das erhöht wesentlich den Arbeitsaufwand für die Herstellung der Schaufeln, erschwert den technologischen Prozeß, vermindert den Metallausnutzungsgrad.

Zu den besonders verbreiteten technologischen Prozessen gehört der Prozeß der Herstellung der Schaufeln von größeren Abmessungen mit "schwingungsdämpfenden Planschen", der folgende Hauptarbeitsgänge umfaßt. Zuerst wird in mehreren Durchgängen das Metall für Plansche und ^FuS angestaucht. Diese Arbeitsgänge werden durch elektrische Stauchung verwirklicht; anschließend wird in mehreren Durchgängen in Abhängigkeit von der Form und den Abmessungen der Schaufel die Fertigformbildung unter der Verwendung der spanlosen Warmformung durchgeführt.

Den Hauptnachteil dieses Verfahrens wie der oben erläuterten bildet der hohe Arbeitsaufwand der Herstellung der Schaufeln, der durch eine große Anzahl der Durchgänge und der Hilfsarbeits-

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gänge bedingt ist.

Zur Durchführung dieser Verfahren sind außerdem Presseneinrichtungen , Ausrüstungen für die elektrische Stauchung und Horizontalschmiedemaschinen sowie auch zusätzliche Erhitzungseinrichtungen und Ausrüstungen erforderlich.

Es ist nichtig darauf zu verweisen, daß bei den oben beschriebenen Verfahren

die Verformung durch Stauchung beim Schmieden hohe, spezifische Belastungen erfordert, die für die Gewährleistung der Füllung der Gesenkgravur notwendig sind und gleichzeitig deren intensiven Verschleiß hervorrufen.

Es ist auch beachtenswert, daß die Verwendung von Ausgangswerkstücken aus einer zylindrischen Stange, welche bei deren Aufstellung in der Formänderungszone einen linearen Kontakt mit der Gesenkgravur haben, bei den bekannten Verfahren die Schaffung der Bedingungen für Flussigkeitsreibung in der F,ormänderungszone ausschließt, weil im Verlauf des Verformungsprosesses das auf das Werkstück aufgetragene Schmiermittel nach der Kontaktlinie zerrissen und aus der Formänderungszone verdrängt wird.Der Prozeß der Formbildung findet unter den Bedingungen der Trockenreibung oder der Mischreibung statt. Dieser Umstand erschwert die Bedingungen für das Fließen des Materials des Werkstüokes durch das Vorhandensein eines physischen Kontaktes zwischen dem Werkstück und dem Gesenk, ruft. eine. Erhöhung der spezifischenSchmiededrücke hervor, vergrößert den mechanischen Adhäsionsverschleiß, verschlechtert die Bedingungen für den Schutz der Oberfläche des Schaufelwerkstückes gegen die Einflüsse der Umwelt.

Es sind Vorrichtungen zur Durchführung der oben besehrie-

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benen Verfahren zur Herstellung von Schaufeln bekannt. Besonders verbreitet ist ein Gesenk zur Warmformung, das einen auf einer Oberplatte montierten Pressenatempel mit einem konzentrisch, zu diesem angeordneten Gehäuse enthalt. Auf der Unterplatte iöt eine Matrize angeordnet} die mit einem wärmeisolierten Gehäuse ausgerüstet ist, welches eine öffnung für das Einsetzen und Austragen der Werkstücke aufweist· Die Matrize enthält ein starr befestigtes Unterwerkzeug und eine gegenüber diesem bewegbare Büchse, die durch an dieser Büchse angeschlossene , Stangen hin- und hergehend ..axial bewegbar angetrieben wird, welche ' Stangen mit dem Kraftorgan der Presse verbunden sind. Dabei ist der Bewegungsweg der Stangen größer als der Bewegungsweg des Gesenkes (S· den UdSSR-Urheberschein Nr.547275 IPK² B 21 J I/OO vom 16.09.75)·

Der Hauptnachteil dieses Gesenkes besteht darin, daß zusammengesetzte Bewegungen der Verformungsorgane nicht verssirklicht werden können, die verschiedene mechanische Schemas der Verformung in einem Arbeitshub der Presse gewährleisten.

Alle diese Nachteile der Verfahren und der Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren gestatten es letzten Endes nicht, einen hochleistungsfähigen technologischen Prozeß zu schaffen, der die Herstellung von hochwertigen Schaufelwerkstüaken unter minimalen Materialaufwendungen gewährleisten könnte. ·

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

der
solches Verfahren zur Herstellung Werkstücke für Schaufeln und ein Gesenk zu seiner Durchführung zu entwickeln, das es gestattet, Schaufeln von beliebigen Typengrößen und Konfigurationen in einem Arbeitshub des Gesenkes herzustellen.

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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei dem Verfahren zur Herstellung der Werkstücke für Schaufeln von Turbinen und Verdichtern, das die Herstellung eines Maßwerkstückes, Auftragen eines Schmiermittels auf dieses, LängsStreckung des Werkstückes unter allmählicher Verdrängung des Materials des Werkstückes von seinem einen Ende zu dem anderen und die anschließende spanlose Formung umfaßt, erfindungsgemäß die Streckung des Werkstückes gleichzeitig mit der spanlosen Formung in einem . _ Gesenk · ohne Gratbahn in einem Durohgang durchgeführt wird.

Die Verwendung eines vereinigten Prozesses zum Formen des Schaufelwerkstückes, bei dem in einen-Gesenk . . Gesenk . Vorformen und Fertigformen verwirklicht werden, gestattet es, in einem Hub der Presse ein Erzeugnis von praktisch beliebigen Typengrößen und Eonfigur at ionen, mit beliebigen Verhältnissen zwischen den Querschnitten bezogen auf die Länge herzustellen.

Dieser Umstand ist deshalb wichtig, weil die Vereinigung des Vorschmiedens im Gesenk und des Fertigschmiedens im Gesenk in einem Arbeitsgang des Gesenkes es gestattet, Zwischenerhitzungen des Werkstückes, Arbeitsgänge zur Entfernung des Schmiermittels, des Bartes oder des Schmiedegrates auszuschließen. Außerdem vermindert sich wesentlich (etwa um das 2- bis ehe ) die Anzahl der zu verwendenden Verformungsausrüstungen sowie auch der Schmiede ausrüstung und der Hilfseinrichtungen (Wärmeöfen, Thermostate usw.).

Die Verwendung· eines kombiniert en. Schemas, der Verformung (Streckung und Stauchung) gibt die Möglichkeit, die erforderlichen Verformungsdrücke im Vergleich zu den bekannten Verfahren zur Herstellung der Schaufeln zu reduzieren und dabei eine geregelte Bewegung des Materials des Werkstückes in not-

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-ar-

wendiger Richtung auf bedeutend größere Entfernungen als z.B. bei der Stauchung zu gewährleisten.

Ss ist zweckmäßig, das Vorprofilieren dea Werkstückes zusammen mit dem Fertigschmieden im Gesenk unter den Verhältnissen der Superplastizität durchzuführen.

Bei einem solchen Betriebszustand des Schmiedens im Gesenk erhöht sich die Plastizität des Materials des Werkstückes im Verlauf der Verformung desselben, was die Herstellung einer Schaufel von beliebiger Konfiguration in einem Durchgang ermöglicht. Außerdem verbessern sich bedeutend die mechanischen Eigenschaften der Schaufel, wie Plastizität, Gestaltfestigkeit, Kerbschlagfestigkeit, d.h. die Kenndaten, welche die Betriebszeit der Schaufeln bestimmen, die sich im Vergleich zu der Batriebszeit der mittels der spanlosen Warmformung hergestellten Schaufeln um 20 bis 25% erhöht.

Bei einer Weiterbildung . der Erfindung werden vor dem Vorprofilieren und dem fertigschmieden eines Ausgangswerkstückes im Gesenk seine mit der Gesenkgravur in Berührung stehende Flächen derart profiliert, daß diese Abschnitte zusammen mit der Gesenkgravur Hohlräume bilden, die das Schmiermittel in der Formänderungszone zurückhalten.

Das Vorhandensein von profilierten Flächen des Werkstückes, die mit der Gesenkgravur in Berührung stehen, verbessert die Zentrierung des Werkstückes im Gesenk am Anfang der Verformung.

Die Flächen des Werkstückes, indem sie mit der Gesenkgravur in Berührung stehen, gewährleisten das Abschließen des Schmiermittels in der Formänderungszone und eine gerichtete Bewegung desselben im Verlauf der Verformung in der Richtung der Bewegung des Metalls des Werkstückes.

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Dieser Umstand gestattet es, das Schmieden im Gesenk unter den Bedingungen der Flüssigkeitsreibung durchzuführen, die günstige Bedingungen für das Fließen des Metalls des Werkstückes im Verlauf des gesamten Prozesses schafft sowie das Entstehen eines physischen Kontaktes zwischen den Flächen des Werkstückes und des Gesenkes ausschließt und die spezifischen Schmiede drücke vermindert; dadurch werden die Haltbarkeit der Schmiedeausrüstungen und die Qualität des herzustellenden Erzeugnisses erhöht.

Im Gesenk für Warmformung, das einen auf einer Oberplatte montierten Pressenstempel mit einem konzentrisch gegenüber diesem angeordneten Gehäuse und eine auf einer Unterplatte angeordnete Matrize enthält, die mit einem wärme isolierten Gehäuse ausgerüstet ist, welches eine Öffnung für das Einsetzen und Austragen der Werkstücke aufweist, wobei die Matrize in Form eines auf der Unterplatte starr befestigten Unterwerkzeuges und einer gegenüber dieser bewegbaren Büchse ausgebildet ist, die mittels an dieser angeschlossener und mit einem Kraftorgan verbundener Zugstangen in eine hin- und hergehende .--axiale Bewegung versetzt wird,wobei der Bewegungsweg der Zugstangen größer als der Bewegungsweg des Pressenstößels ist, ist, erfindungsgemäß, der Pressenstößel auf der Oberplatte hin- und hergehend bewegbar senkrecht zu der zu verformenden Fläche des Werkstückes und in der Ebene dieser Bewegung drehbar angeordnet, wobei in der Ausgangsstellung die Gravur des Pressenstößels unter einem Winkel zur Längsachse des Werkstückes liegt·.

Die Verwirklichung aller oben angeführten Vorteile des Verfahrens ist nur bei der Verwendung eines Gesenkes für Warmformung möglich, bei dem der Pressenstößel eine zusammengesetzte

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Bewegung ausführen kann, die sich zuerst nur aus der fortschreitenden Bewegung besteht und der dann die Drehbewegung überlagert wird. Dabei kann praktisch eine beliebige Bahn dieser Bewegung vorgegeben »erden, die das Formen der Schaufeln von beliebigen Konfigurationen und Typengrößen in einem Arbeitshub der Presse genährleistet.

für die Änderung der Bewegungsbahn des Pressenstößels sind keine wesentlichen konstruktiven Änderungen des Gesenkes erforderlich; es werden nur Führungen ausgewechselt, die die Bewegungsbahn des Pressenstößels vorgeben. Sie bestimmen auch den Neigungswinkel des Pressenstößels gegenüber dem Ausgangswerkstück, der in Abhängigkeit von der Typengröße und der Konfiguration des Erzeugnisses, sowie auch von den Abmessungen des Ausgangswerkstücies gewählt wird.

Andere Zwecke und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachstehenden eingehenden Beschreibung eines Ausfuhr ungsbeispiels und den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. I ein Gesenk zur ffarmformung (Längssohnitt); Fig. 2 den ·. Schnitt nach II--il in Fig. I;

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Fig. ■; 3»4,5 die Kineyfcik der Arbeit des Gesenkes; .

Fig. 6 ein Werkstück für die Schaufel mit "schningungsdämpfenden Flanschen";

Fig. 7 Lage eines = zylindrischen Werkstückes gegenüber der Gesenkgravur am Anfang des Verformungsprozesses;

Fig. 8 Lage eines . profilierten Werkstückes gegenüber der Gesenkgravur am Anfang des Verformungsprozesses ;

Fig. 9, IO eine Variante der Konstruktion des Antriebes des Pressenstempels.

Das Gesenk (Fig.l) enthält einen Pressenstempel I, der mit-

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tels eines Bolzens 2 und Schnapperstifte 3 und 4, welche an einem Querhau.pt 5 der Stange 6 befestigt sind, rn.it dem oberen Ausstoßer der Presse (in Fig. nicht angedeutet) verbunden ist. Der Pressenstempel I ist an einer Lagerplatte 7 mit einer Hut 8 befestigt, die auf der Tragplatte 9 angeordnet ist, welche am Pressenstößel angebracht ist. Der Oberteil des Pressenstempels I ist parallel zu seiner Gravur.

Das Unterwerkzeug ( Matrize) IO ^;und eine Büchse II, die gegenüber dem Unterwerkzeug.m&tels an der Büchse angeschlossener Stangen 12 des unteren Ausstoßers der Presse bewegbar ist, sind auf Platten 13 und 14 angeordnet, welche am Pressentisch befestigt sind. Der Bswegungsweg der Büchse II ist größer als der Bewegungsweg des Pressenstempels 1.

Zur Herstellung von isothermischen Bedingungen in der Formänderungszone sind der Pressenstempel I und das Unter werkzeug . (Matrize) IO mit der Büchse II in wärme isolierten Gehäusen 15 bzw. 16 des Erhitzers I? (Fig· 2) eingeschlossen.

Die Gehäuse 15, 16 sind aus einem keramischen Werkstoff ausgeführt, der bei den Temperaturen der Verformung einer Titanlegierung eingesetzt werden kann.

In der Ausgangsstellung nimmt die Gravur des Pressenstempels

1 eine Winkelstellung gegenüber der Achse des Werkstückes 18 ein. Die Größe des Neigungswinkels wird durch das Paar Bolzen

2 - Nut 8 bestimmt, und sie wird in Abhängigkeit von der Konfiguration und der Typengröße des herzustellenden Schaufelblattes sowie auch in Abhängigkeit vom Werkstoff und den Abmessungen des Ausgangswerkstückes in einem Bereich von 20° bis zu 45° gewählt. Die Ausgangsstellung wird mittels der Schnapperstifte 3 und 4 gehalten, deren Antrieb durch den Oberaus-

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stößer der Presse (in fig· nicht angedeutet) verwirklicht wird. Zum Einsetzen des Ausgangswerkstückes 18 und zum Austragen des Fertigerzeugnisses (Fig. 2) ist im Gehäuse 16 eine öffnung

19 (Fig. I) vorgesehen. Die Federn 20 sind mit ihrem einen Ende an den Zugstangen 21 (Fig. 2) des Pressenstempels 1 (Fig.I) und mit ihrem anderen Ende an den Zugstangen 22 (Fig. 2) befestigt, die auf der Tragplatte 9 (Fig.I) angeordnet sind. Die Federn

20 dienen zur Rückführung des Pressenstößels I in die Ausgangsstellung nach der Beendigung des Verformungsprozesses.

Das Verfahren wird wie folgt durchgeführt. Eine zylindrische Stange mit einem Durohmesser 0 52 aus einer Titanlegierung wird auf eine Temperatur von 920 ± 20⁰C erhitzt und durch die Walzen einer Walzstraße geführt, wobei an der Oberfläche der Stange zwei Profilkanäle geformt »erden, deren Halbdurchmesser 20 mm und deren Tiefe 4 bis 6 mm betragen. Die Kanäle sind an den gegenüberliegenden Seiten der Stange entlang ihrer Längsachse angeordnet. Die Abmessungen des Kanals werden in Abhängigkeit von den Abmessungen des Werkstückes, der Viskosität des Schmiermittels, den Abmessungen der Schaufel us«· gewählt. Unter den Bedingungen einer Serienproduktion von Schaufeln können die Hüttenwerke - Zulieferbetriebe - bereits profilierte Stangen liefern, die ohne eine zusätzliche Bearbeitung der Oberfläche benatzt werden können.

Die Profilstange wird in maßhaltige Werkstücke geschnitten, deren Volumen dem Volumen des Fertigerzeugnisses gleich ist* das Werkstück 18 wird mit einem .Schmiermittelschatzüberzug überzogen, in einem Ofen erhitzt und durch die öffnung 19 (Fig.I) in den Arbeitsraum des Gesenkes eingesetzt, in dem es mit seinem Profilabschnitt auf das Unterwerkzeug ( Matrize)IO

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bis zum Anschlag gegen die Büchse II (an der Stelle der Formbildung des Schaufel fußes gelegt. Das Vorhandensein der Profilabsohnitte am Werkstück 18 gestattet es, nicht nur optimale Bedingungen für die Formbildung des Erzeugnisses durch das Abschließen des Schmiermittels in der Formänderungszone zu gewährleisten, sondern auch eine stabile und beständige Lage des Werkstückes 18 bei dessen Berührung mit dem Pressenstempel I (Fig. 8) zu sichern. Besonders Richtig istddeisbei der Herstellung der Schaufeln von größeren Abmessungen, welche größere Verwind ungs winkel des Schaufelblattes besitzen, bei denen die Lage

eines zylindrischen Werkstückes im Gesenkhohlraum instabil wäre.

Der Pressenstempel I, der an der Lagerplatte 7 mittels der Schnapper st if te 3 und¹ 4 sowie auch des Bolzens 2 befestigt ist, bewegt sich bei einer stabilen Lage des Neigungswinkels der Gravur nach unten und verwirklicht eine lokale Verformung des Aus^angewerkstückes 18 durch den vorstehenden Teil der Gravur (Fig. 3)· Dabei wird eine maximale Umverteilung des Metalls des Werkstückes 18 unter gleichseitiger Formbildung des Schaufel faßes und dem gleichzeitigen Fließpressen des Metalls in den Blatteil der Schaufel verwirklicht. Es findet ein Fassonieren (Profilieren) des Werkstückes statt, bei dem eine geregelte Umverteilung des Metalls des Werkstückes und eine Vergrößerung seiner Länge .bewirkt werden.

Der Neigungswinkel der Gravur des Pressenstempels I wird ausgehend von den Bedingungen der Bewegung und der Umverteilung des Metalls durch die gegenseitige Anordnung des Fußes und der Flansche der Schaufel, das Verhältnis zwischen den Abmessungen derselben, die Dicke des Blatteils der Schaufel bestimmt.

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Nachdem das Metall die Hohlräume der Flansche des Gesenkes erreicht hat, wird der Pressenstempel 1 freigegeben,wozu de Schnapperstifte 3 und 4 mittels des Ausstoßers der Presse aus dem Eontakt mit dem Pressenstempel herausgeführt werden; dadurch wird der Pressenstempel I von einer starren Kopplung mit der Lagerplatte ? (Fig. 4) befreit. Von diesem Zeitρunktf fängt der Pressenstempel I an, nicht nur eine fortschreitende Bewegung

in/Vertikalebene, sondern auch eine Drehungsbewegung in derselben Ebene auszuführen, wobei die Verhältnisse zwischen diesen Bewegungen durch die Bedingungen für die Bewegung des Metalls des Werkstückes 18 im Verlauf der Verformung bestimmt sind und in erster Linie durch das Paar "Bolzen 2- Nut 8" vorgegebenen werden. Im Verlauf einer zusammengesetzten Bewegung nimmt der Pressenstempel I letzten Endes die Lage ein, in der die Gravur des Pressenstempels I parallel zur Gravur des linterwerkzeuges IO liegt. Das geschieht, wenn sich der Oberteil des Pressenstempels I, der parallel zu seiner Gravur liegt, gegen die Lagerplatte 7 (Fig. 5) stützt. Der Prozeß eines gerichteten Fließpreesens endet dabei, und die weitere Verformung (etwa 6 bis 10% der gesamten Verformung des Werkstückes) wird durch die Stauchung des Werkstückes im Gesenk ohne Gratbahn verwirklicht. Dabei werden mit Metall besonders schwer zugängliche Abschnitte des Gesenkes ausgefüllt, weiche die Enden des Blattes und die Kinkel des Schaufelfußes -formen.

Nach dem beendeten Gesenkschmieden werden der Pressenstempel I und die Büchse II zusammen mit dem gesenkgeschmiedeten Werkstück der Schaufel, das in der Büchse II gehalten wird, nach oben bewegt; da der Bawegungsweg der Büchse II größer als der Bewegungsweg des Pressenstößels I ist, wird das Er-

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zeugnis aus der Büchse II ausgedrückt, und fällt auf das Uaterwerkzeug 10. Von da aus wird das Werkstück durch, die öffnung 19 aus dem Hohlraum das Gesenkes entfernt· Das Vorhandensein eines solchen Schemas der Entfernung des Erzeugnisses aus dem Arbeitsraum des Gesenkes gestattet es, ein Verwerfen von dünnwandigen Erzeugnissen, insbesondere l Schaufeln auszuschließen. Dann wird die Büchse II mittels des unteren Ausstoßers der fresse in die Ausgangsstellung zurückgeführt, und der Pressenstempel I geht aus der Berührung mit der Büchse II mit Hilfe der Federn 20 heraus, die bei der Drehung des Pressenstempels I im Verlauf der Verformung gedehnt wurden., und nimmt die ursprüngliche Stellung ein,die erneut durch die

4 "".■-■· Schnapperstifte 3 und (Pig.I) fixiert wird.

Beispiel. Es wurde das Gesenkschmieden von einem Versuchslos von Schaufeln mit ^Mschw ing ungs dämpf enden Flanschen" aus einer Titanlegierung mit einem Volumen der Flansche durchgeführt,' das dem Volumen des Fußes mit den durchschnittlichen Abmessungen von 60x200 mm gleich ist. Zuerst wurden die profilierten Ausgangswerkstücke 18 mit einem Durchmesser 0 32 und einer Länge von 75 Rm mit einem Glasmasseschmiermittel überzogen, wobei die Methode des Tauchens in die Suspension verwendet wurde. Anschließend wurden diese Werkstücke bei einer Temperatur von 80-100⁰C getrocknet und dann in.einem Ofen auf eine Temperatur von 950 + 5°C erhitzt. Nach diesem Arbeitsgang wird das erhitzte f/erkstück in das Gesenk eingesetzt, das auf eine Temperatut von 950° + 5°C erhitzt ist. Die Erhitzung des Gesenkes wird mittels eines Induktionserhitzers verwirklicht, der von einem Halbleiter- Frequenzwandler gespeist wird. Mit -seinem Profilteil wird das Werkstück 18 auf die Matrize IO bi-s

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zum Anschlag gegen den Schloßteil der Büchse II gelegt und unter den Verhältnissen der Überverformbarkeit bei Geschwindigkeiten verformt, die unter 2 mm/sek pro einen Hub der Presse liegen.

Dabei dringt der Pressenstößel I, dessen Neigungswinkel zur Längsachse des Werkstückes in der Ausgangsstellung 28° beträgt, fa das Werkstück 18 mit seinem vorstehenden Gravurteil ein, führt nur eine fort achreit ende Bewegung aus und verwirklicht eine gerichtete Umverteilung des Metalls des Werkstückes in der Formänderungzone.

Dabei werden durch die profilierten Abschnitte des Werkstückes 18 (Fig. 8) zusammen mit den Gravuren des Pressensteapels I und der Matrize IO Kanäle gebildet, in denen das Schmiermittel durch den Eontakt zwischen dem Werkstück 18» dem Pressenstempel I und der Matrize IO abgeschlossen wird. Im Verlauf der Verformung bewegt sich das Schmiermittel hauptsächlich entlang der Achse des Ausgangswerkstückes, d.h. in der Richtung, in der das Metall vorzugsweise fließt, indem es auf diese Weise vollkommane Bedingungen für den Kontakt zwischen dem Metall des Werkstückes 18 und dem Metall des Gesenkes durch das Trennmedium (Schmiermittelschutzüberzug) schafft. Nachdem das Metall des Werkstückes die Zone der Hohlräume unter den "schwingungsdämpfenden Flanschen" im Gesenk (Fig. 3, 4) erreicht hat, dringt der Pressenstempel I in das Werkstück 18 mm tief ein und fängt . an, sich zu drehen. Dabei vermindert sich der Neigungswinkel der Gravur des Pressenstempels I gegenüber der Längsachse des Werkstücks 18.

in der ■·■·■■

Im Verlauf der gesamten Zeit, / sich der Pressenstempel I dreht, wird der Prozeß der gerichteten Verformung fortge-

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setzte die Beendigung dieses Prozesses entspricht dem Moment, wo sich der Oberteil dea Prassenstempels I gegen die Lagerplatte 7 stützt und die Gravuren des Pressenstempels und der Matrize IO zueinander parallel werden. Von diesem Zeitpunkt an stellt der Preasenstempel I seine Drehung ein, bildet eine geschlossene Arbeitszone und führt nur eine fortschreitende Bewegung aus.

Im Ergebnis dieser Bewegung, deren Größe 6% der gesamten Verformung des Werkstückes entspricht, wird die Gravur des Gesenkes ^irL den besonders ' schraer zugänglichen

Abschnitten des Gesenkes vollständig ausgefüllt. Dann wird die Schaufel (Fig. 6) aus der Gesenkgravur entfernt und in der Luft abgekühlt.

Pig. 9» IO stellen ein Ausführungsbeispiel der Konstruktion des Antriebs des Pressenstempels I dar, der eine Erhöhung der Zuverlässigkeit sowie auch der Universalität des Gesenkes beim Übergang zur Herstellung eines neuen Erzeugnisses und eine schnelle Neueinrichtung durch die Auswechselung von vereinheitlichten Elementen des Gesenkes gewährleistet. Die erfindungsgemäße Konstruktion gestattet es, die Presse ohne den Oberaasstoßar (in JIg* nicht angedeutet) zu verwenden.

Bei der vorliegenden Konstruktion wird die Befestigung und die Rückführung des Pressenstempels 1 in die Ausgangsstellung mittels eines hydraulischen Kraftzylinders 23 verwirklicht, der mit Hilfe von Gelenkzapfen 53 und 35 den Pressenstempel .1 mit der Tragplatte 9 V6-..*~£det. Um eine schnelle Neueinrichtung des Gesenks beim Übergang zum Gesenkschmieden eines neuen

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Erzeugnisses zu gewärleiten und verschiedene Verhältnisse zwischen den Geschwindigkeiten der Drehung des Pressenstempels I

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und den Geschwindigkeiten der fortschreitenden Bewegung dessel-

der
ben in/Vertikal ebene zu erhalten, sind die geneigten Nuten in der Lagerplatte 7 des Pressenstempels I auf auswechselbaren Elementen 24 ausgeführt. Außerdem gestattet es eine solche konstruktive Lösung, die Elemente 24 beim Ausfall derselben z.B. infolge des Verschleißes auszuwechseln.

Die erfindungsgemäße Ausführung der Konstruktion des Gesenkes enthält einen Pressenstempel I, der mittels eines Halters 25 des Pressenstempels I an der Platte 26 befestigt ist, welche mittels der Bolzen 2, weiche in den Nuten 8 der auswechselbaren Elemente 24 angeordnet sind, an der Platte 7 befestigt ist, die auf der Tragplatte 9 angeordnet ist.

Das Unterwerkzeug . (Matrize)IO und die gegenüber diesem bewegbare Büohse II sind mittels der an dieser angeschlossenen

Stangen 12 des unteren Ausstoßers der Presse auf den unteren Lagerplatten 13 und 14 angeordnet, welche auf dem Prassentisch befestigt sind.

Der Pressenstempel I und die Matrize IO sind in raärmeisolierten Gehäusen 15 und 16 des Erhitzers 17 eingeschlossen. Zum Einsetzen und zum Austragen des Werkstückes 18 ist im Gehäuse 16 eine öffnung 19 vorgesehen. Der Kraftzylinder 23 verbindet mittels der Gelenkzapf en. 33 und 35 den Pressenstempel I und die obere Tragplatte 9.

Betrachten wir eine konkrete Ausführung des Verfahrens mittels des Gesenks mit der vorgeschlagenen Ausbildungsvariante des Antriebes des Pressenstempels I am Beispiel der Herstellung einer Schaufel von größeren Abmessungen mit "schwingungsdampf enden Flanschen".

Das Ausgangsprofilwerkstüok 18 wird mit einem Schmiermit-

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tel überzogen, erwärmt und durch die Öffnung 19 dea Gehäuses auf das.Unterwerkzeug der Matrize IO bis zum Anschlag gegsn die Büchse II (an der Stelle der Formung des Fußes ) gelegt.

Der Pressenstempel I, der mittels des Kraftzylinders 23 starr befestigt ist, welcher im Anfangsstadium der Formbildung im Betriebszustand eines hydraulischen Schlosses arbeitet, bewegt sich nach unten und verwirklicht eine lokale SOrmbildung des Werkstückes 18 durch den vorstehenden Teil der Gravur· Dabei wird eine Umverteilung des Metalls unter gleichzeitigen Ausformung des Schaufelfuß es · und dem Stauchen des Metalls entlang der Längsachse des Schaufelblattes verwirklicht.

Im folgenden fängt der Pressenstempel I nach seiner Befreiung von der starren Verbindung mit der Platte 9 mittels

der

des hydraulischen Zylinders 23 an, sich in/Vertikalebene zu drehen, wobei bei Notwendigkeit die Drehung zusammen mit der fortschreitenden Bewegung in derselben Ebene durchgeführt werden kann. In diesem !"all wird der hydraulische Zylinder 23 eingeschaltet, der die Drehung des Pressenstempels I entweder beschleunigen oder verlangsamen kann. Im Verlauf einer zusamaengesetzten Bewegung wird der Prassenstempel I eine Drehung gegenüber der Matrize IO in dem Momant vollenden, wo sich der Oberteil der Platte 2? gegen die Platte 9 stützt. Die Strek-. kung wird dabei beendet und die weitere Verformung bis zum endgültigen Ausfüllen der Gesenkgravur wird durch Stauchung mittels der parallelen Gravuren des Pressenatempels und des Uhter-

' ■' , ' k " ■"■ Werkzeuges ( Matrize)I0 verwirlicht.

!fach der Beendigung, des Arbaitshubes dee Gesenkes bewegen sich der Pressenstößel I, die Büchse II und das gesenkgeschmiedete Werkstück IS nach oben; da die Größe des Bewegungsweges der Büchse II die Größe des Bewegungsweges des Pressenstempels I übersteigt, wird das gesenkgesohmiedete -Werkstück aus der Büchse II ausgedrückt und fällt auf das Unterwerkzeug der Matrize IO; von da aus wird es duroh die Öffnung 19 aus dem Gesenk entfernt. Die Buchse II wird in die Ausgangsstellung rückgeführt, und der Pressenstempel I geht aas der Berührung mit der Büchse II heraus und nimmt mittels des KraftZylinders 23 die Anfangsstellung ein, die durch denselben hydraulischen Zylinder 23 fixiert rcird, der erneut im .Betriebszustand des hydraulischen Schlosses betrieben wird.

Nachdem ein neues Werkstück in das.Gesenk eingesetzt norden ist, wird der Arbeitszyklus Riederholt.

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VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG DER WERKSTUCKE FÜR SCHAUFELN VON TURBINEN UND VERDICHTERN SOWIE EIN GESENK ZU DESSEN DURCHFÜHRUNG

ZUSAMMENFASSUNG

Die Erfindung ist vorwiegend zur Herstellung von Schaufeln von größeren Abmessungen mit '-suntVingungsdampfenden Flanschen" und von Doppelfuß schaufeln bestimmt, die für den Bau von Flugzeugmotoren verwendet werden.

Das Verfahren besteht in der Herstellung eines Maßwerkstückes, dem Auftragen auf dieses eines Schmiermittels mit anschließender Trocknung des Schaiermittelüberzuges und der Erhitzung des Werkstückes(Ia)* Nach der Durchführung der genannten Arbeitsgänge wird das Werkstück (18) der Streckung Lmtsr gleichzeitiger spanloser Formung in einer Gravur des Gesenkes ohne Gratbahn in einem Durchgang ausgesetzt.

Vor der Verformung des Werkstückes (18) der Schaufel im Gesenk ohne Gratbahn werden die mit der Gesenkgravur in Berührung stehenden Fläohen des Werkstückes (18) derart profiliert, dgüi diese Abschnitte zusammen mit der Gesenkgravur Hohlräume bilden, die das Schmiermittel in der Formänderungszone zurückhalten.

Die Verformung des Werkstückes(I8) wird unter den Verhältnissen der Superplastizität durchgeführt.

Das Gesenk zur Warmformoag des Werkstückes .enthält einen Pressenstempel (I), der auf der Oberplatte (7) des Gesenkes hin- und hergehend gegenüber dem.genannten Werkstück (18) und in der Ebene der hin- und hergehenden Bewegung drehbar angeordnet ist. Die Gravur des Pressenstempels (I) ist in der Aus-

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GRiGiNAL

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gangsstellung unter einem Winkel zur Längsachse dea Werkstückea (18) angeordnet. Die Matrize (10) dea Gesenkes ist auf der unteren Lagerplatte (13) angeordnet und in Form einea feststehenden Unterwerkzeuges und einer gegenüber diesem bewegbaren Büchse(II) mit Stangen(I2) ausgebildet, die mit dem unteren Ausstoßer der Presse verbunden sind.

Die Abmessungen der Teile des Gesenkes werden derart gewählt, daß die Größe des Bewegungsweges der Stangen (12) die Größe des Bewegungsweges des Pressenstempels (I) übersteigt.

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Claims

3QQ92QS

Ufimsky Aviatsionny Institut imeni Ordzhonikidze, Ufa, UdSSR, ulitsa K. Marxa 12

Q VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG DER »VERKSTÜCKE FÜR SCHAUFELN

VON TUHBINEN UND VERDICHTERN SOWIE EIN GESENK ZU DESSEN DURCHFÜHRUNG j

PATENTANSERÜCHE

[I.jVerfahren zur Herstellung der Werkstücke für Schaufeln von Turbinen und Verdichtern, das die Herstellung eines Maßwerkstückes, Auftragen eines Schmiermittels auf dieses, Längsstrekkung des Werkstückes unter allmählicher Verdrängung des Materials des Werkstückes von seinem einen Ende zu dem anderen und die anschließende spanlose Formung umfaßt, dadurch gekennze lohnet, daß die Streckung des Werkstückes (18) gleichzeitig mit der spanlosen Formung in einem Gesenk ohne Gratbahn in einem Durchgang durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennz e i c h η e t, daß die Streckung des Werkstückes (18) zusammen mit der spanlosen Formung unter der Verhältnissen der Superplastizität durchgeführt wird.
3· Verfahren naoh Anspruch !,dadurch gekenn-

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ze lehnet, daß vor der Streckung und der spanlosen Formung des Ausgangswerkatuckea (18) seine mit der.Gesenkgravur in Berührung stehende*¹ Flächen derart profiliert werden, daß diese Abschnitte zusammen mit der Gasenkgravur Hohlräume bilden, die das Schmiermittel in der Formänderungszone zurückhalten.
4. Gesenk zur ffarmformung für die Verwirklichung des Verfahrens nach Anspruch I, das einen auf der Oberplatte montierten Fressenstempel mit einem konzentrisch zu diesem angeordneten wärmeisolierten Gehäuse and eine auf einer Unterplatte angeordnete Matrize enthält, die mit einem wärme isolierten Gehäuse ausgerüstet ist, welches eine öffnung für das Einsetzen und Austragen der iiferkstücke aufweist, wobei die Matrize in Form eines auf der Unterplatte starr befestigten Unterwerkzeuges und einer gegenüber diesem bewegbaren Büchse ausgebildet ist, die mittels mit einem Kraftorgan verbundener Stangen in eine hin- und hergehende ·. axiale Bewegung versetzt wird, wobei der Bewegungsweg der Zugstangen größer als der Bewegungsweg des Pressenstempels ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Pressenstempel (I) auf der Oberplatte (9) hin- und hergehend gegenüber dem zu verformenden Werkstüok (18) bewegbar und in der Ebene der Jiin- und hergehenden Bewegung drebar angeordnet ist, wobei in der Ausgangsstellung die Gravur des Pressenstempels (I) unter einem Winkel zu der Längsachse des Werkstückes (18) liegt.
5. Gesenk nach Anspruch. 4, dadurch, gekennzeichnet, daß die Drehbewegung des Pressenstempels (1) relativ zur ihn tragenden Platte (7) durch das Gleiten der beiden Teile' gegeneinander an zwei Gleitstellen geschieht, wobei wenigstens eine der Gleitstellen, durch. eine Führungsnut (8) gebildet ist, in der ein Bolzen (2) gleitet.

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6. Gesenk nach Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt der Drehbewegung des Pressenstempels gegenüber der ihn tragenden Platte wandert.
7. Gesenk nach Ansprüchen 4 bis 6, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung der Arretierung des Pressenstempels (1) gegenüber der ihn tragenden Platte (7).
8. Gesenk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretiervorrichtung in Gestalt von Schnapperstiften (3,4) ausgebildet ist.
9. Gesenk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretiervorrichtung in Gestalt eines verriegelbaren Hydraulikzylinders (2J) ausgeführt ist.

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