Способ изготовления металлических мембран

Союз Советскик СоциалистическимиРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ИТИЛЬСТВУ,с присоединением заявки Йои 893389(51)М. Кл. В 21 К 23/00 Н 04 Р 7/00 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытийДата опубликования описания 301281(72) Авторы изобретения А.Ф.Ахмеров и В.А.Смирнов Казанский ордена Трудового Красного Знамени авиационный институт им.А.Н.Туполева(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МЕМБРАН Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при изготовлении плоских и гофрированных мембран.5Известен способ изготовления металлических мембран вырубкой кружков из равнотолщинной листовой заготовки с последующей их гофрировкой при изготовлении гофрированных мембран и без гофрировки - при изготовлении плоских мембран 11Однако при погружении давлением равнотолщинной мембраны, полученной известным способом, эквивалентные напряжения в ней распределяются не равномерно (минимальны в центре и максимальны в заделке), Для гофриро - ванных мембран рост напряжений от центра к заделке идет волнообразно с максимумом на перегибах гофрировки. 20Неоднородное распределение напряжений в равнотолщинной мембране ведет к возникновению в наиболее нагруженных зонах локальных пластических деформаций, обусловливающих большие значения упругих несовершенств, нестабильность упругих свойств и снижающих усталостную прочность.Цель изобретения - повышение упруго"прочностных,свойств мембраны. Зч Поставленная цель достигаетсятем, что в способе изготовления мембран из листовых заготовок заготовку подвергают формоизменению с перераспределением ее материала по толщине до получения полуфабриканта,отношение толщины центральной частикоторого к толщине периферийной части соответствует закономерности распределения средних эквивалентныхнапряжений в равнотолщинной мембране,нагруженной предельной эксплуатационной нагрузкой.При этом формоизменение производят преимущественно объемной штамповкой.На фиг.1 показан пример осуществления способа при формоизменении объемной штамповкой; на фиг.2 - эпюра эквивалентных напряжений у мембраны, изготовленной из заготовки с перераспределением материала, где по оси ординат отложено отношение эквивалентного напряжения бзКВ к максимальному рабочему давлению Р, а по оси абсцисс радиус мембраны г,Изготовление мембраны переменной толщины можно вести по двум вариантам.Первый вариант. После вырезки кружков из листовой заготовки толшиной Ь, обусловленной заданной чувствительностью мембраны,изменяют ее толщину путем объемной штамповки, раскатки или другим способом, а затем производят гофрообразование.Второй вариант. После вырезки кружков из листовой заготовки толщиной Ьэ обусловленной предельно допустимыми напряжениями в заделке и гофрообразования уменьшают толщину центральной части мембраны, например,струйно-абразивной обработкой или другим методом.Изменение толщины мембраны при ее изготовлении как по первому, так и по второму варианту должно удовлетво рять отношениюбя аякв аряР"о (экв сакэгде Ь, Ь - толщина мембраны в заделке (на периферии) и вцентре,средние эквивалентныенапряжения в центре и заделке равнотолщинной25мембраны (беэ операцииизменения толщины).Как видно из графика (фиг.2) среднее эквивалентное напряжение бэквср1= г 3 бэкв 3.1 в мембране с перераспредеЭКВ 1ленйем материала одинаково в центре и на периферии, где 0 экэ- текущее значение эквивалентного напряжения.П Р и м е Р. УпРУгая характерис тика мембраны, характеризуемая прогибом центра що в зависимости от давления Р определяется выражениемРа 4фо 643)где к - радиус мембраны; 402 - жесткость,ЕЬО= (2)12 Т 1-д)где Е - модуль упругости материаламембраны, 45толщина заготовки, определяемая заданной чувствительностьют.е. эксплуатационными требованиями,,О - коэффициент Пуансона. 50Эквивалентные напряжения в центре ЭКВсро при Ц=О 3 определяются вьтражением55 а в заделкеРВб =Оббб а а (4)ивсрьЬфОтношение среднйх эквивалентных напряжений в равнотолщинной мембране определяет отношение толщин центра и 60 заделки в мембране переменной толщины. Так как зависимость 09 квсР =1 (Ьи 1 квадратная, та. ЮР."т 1 188 (б)Ьо(Уэвсро О 488 откуда Ьз =1, 168 Ьр (6)Чтобы выразить ЬЗ и Ьо в зависимости от исходной толщийы Ь, используем равенство объемов равнотолщинной мембраны и мембраны переменной толщины. Предполагая линейный характер изменения. толщины, условие равенства объемов запишетсяАР Ь =ЯК (-ф) (7) откуда с учетом (6) получаемЬ 6=0923 Ьи,(8)1 О 77 ЬИ .При данном изменении толщины (в первом приближении) для эквивалентных напряжений в центре и заделке получаем=О 572й =О 5749)ЭкВсро ЬэквсрьЬ ит - ( т.е. происходит выравнивание напряженного состояния мембраны и уменьшение (примерно на 16) опасных напряжений в заделке.Операция изменения толщины осу" ществляется объемной штамповкой по схеме, приведенной на фиг.1, где обозначены матрица 1, диаметр отверстия которой равен диаметру заготовки мембраны, пуансон 2, профилированный в соответствии с законом изменения толщины, установленной первым этапом расчета и упор-выталкиватель 3.Изменение толщины осуществляется следующим образом.Заготовка 4 толщиной Ьукладывается в матрицу 1 и формуется последующим ударом пуансона 2. Усилие штамповки определяется по формулеР=9 ргде 9 - давление, выбираемое в зависимости от материала заго 2.товки,Г=ГЮ - площадь поверхности мембраны.Выталкивание заготовки иэ матрицы осуществляется упором-выталкивателем 3.Использование предлагаемого способа изготовления металлических мембран обеспечивает по сравнению с известным в . улучшение условий работы нагруженной мембраны и повышение ее качества - упругих характеристик и долговечности за счет изменения толщины путем перераспределения материала заготовки возможность облегчения мембран и экономии материала,Формула изобретения1. Способ изготовления металлических мембран из листовых заготовок, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, ср целью повышения упруго"прочСоставитель О,Корабельниковедактор Л.филь Техред А. Ач . Корректор О.Била Тираж 743ударственно изобретени сква, Ж,каз 11332 Подписноего комитета СССРй и открытийРаушская наб., д.4/5/13ВНИИПИ Госпо делам113035, Мо Филиал ППП "Патентф, г.ужгород, ул,Проектная,4 ностных свойств мембран, заготовкуподвергают формоизменению с перераспределением ее материала по толщине до получения полуфабрикатаотношение толщины центральной частикоторого к толщине периферийной части соответствует закономерности распределения средних эквивалентныхнапряжений в равнотолщинной мембране,нагруженной предельной эксплуатационной нагрузкой. 2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что формоизменение осуществляют путем обьемной штамповки. 5 Источники информации принятые во внимание при экспертиэе 1, Андреева Л.Е. Упругие элементыприборов. М., Машгиз, 1962,с.229-236,