Исследование процесса чистовой пробивки толстолистовых заготовок при изготовлении деталей летательных аппаратов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.02, кандидат технических наук Хтайк Сан Вин

• Хтайк Сан Вин
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Хтайк Сан Вин

Введение

Глава 1. Существующие способы повышения качества деталей, получаемых вырубкой и пробивкой

1.1. Использование классных отверстии в конструкции летательных аппаратов.

1.2. Изменение напряженно-деформированного состояния при вырубке-пробивке.

1.3. Изменение конструкции инструмента

1.4. Использование дополнительных операций

Выводы

Глава 2. Результаты предшествующих теоретических исследований процессов разделения материалов

2.1. Классификация операций разделения,.

Выводы

Глава 3. Использование методы характеристик при анализе процессов обработки металлов давлением

3.1. Свойства линий скольжения.

3.2. Методы построения полей линий скольжения

3.3. Примеры анализа основных процессов ОМД на основе метода характеристик

Выводы

Глава 4.Теоретическое исследование процесса пробивки разделения листовых заготовок

4.1. способа вырубки-пробивки на пуансоном с плоским торцом и ступенчатым пуансоном.

4.2. Совмещение механической обработки и обработки давлением влияние концентраторов на механизм разделения

4.3. Анализ процесса пробивка пуансоном с плоским торцем

4.4, Анализ процесса пробивка ступенчатым пуансоном

Выводы

Глава 5. Экспериментальное исследование процесса (вырубки-пробивки) листовых заготовок с концентратором

5.1. Условия выполнение экспериментов и экспериментальная оснастка

5.2. Используемые оснастка и оборудование

5.3. Результаты экспериментов

Выводы

Литературы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование процесса чистовой пробивки толстолистовых заготовок при изготовлении деталей летательных аппаратов»

Актуальность проблемы. В конструкции летательных аппаратов широко используются заклепочные и болтовые соединения. Болтовые соединения являются одним из наиболее широко применяемых видов механических точных соединений. В конструкции тяжелого самолета их число достигает 150.200 тыс. штук. К технологическим факторам, определяющим ресурс заклепочных и болтовых соединений, относятся:

- точность выполнения отверстий;

- качество поверхностного слоя отверстий;

- степень точности выполнения заданных осевых и радиальных натягов;

-состояние контактных поверхностей.

В настоящее время получения качественных отверстий осуществляется чаще всего механической обработкой (сверлением в несколько переходов, зенкерованием, развертыванием или протяжкой). Поэтому трудоемкость обработки отверстий весьма высока. Более высокая производительность труда обеспечивается при использовании процесса пробивки. Однако процесс пробивки, в свою очередь, обладает недостатками: или не обеспечивается требуемое качество отверстия, или требуется сложное специальное штамповое оснащение. Поэтому разработка новых способов пробивки отверстий, обеспечивающих требуемое качество при использовании простой оснастки, является актуальным.

Вырубка и пробивка, являясь разделительными операциями, завершаются разрушением металла в очаге деформации. Процесс пластической деформации заготовки, происходящий в начальных стадиях деформирования, является сопутствующим, обычно не желательным, но неизбежным для пластичных материалов. Разделение заготовке в операциях вырубки осуществляется путем относительного смещения смежных частей заготовки в направлении толщины заготовки. Чтобы локализировать пластическую деформацию вблизи поверхности раздела, кромки пуансона и матрицы делают острыми, а зазор между пуансоном и матрицей небольшим (значительно меньшим толщины заготовки).

Распределение напряжений и деформаций в очаге деформации характеризуется значительной неравномерностью как в направлении, перпендикулярном к срединной поверхности, так и вдоль поверхности, что делает задачу трудной, и замкнутые решения могут быть получены лишь при значительных допущениях. Характер допущений и принимаемая модель деформирования должны определяется в связи с задачами исследования. Так, например, отыскание поля напряжений в очаге деформации может быть осуществлено решением плоской задачи с привлечением метода характеристик при принятых условиях на контуре.

Цель работы: Повышение производительности труда и упрощение технологического оснащения.

Указанная цель может быть достигнута при использовании разработанного и исследованного нового способа чистовой пробивки отверстий на прессах простого действия, совмещающего последовательно выполняемые на одном рабочем месте операции механической обработки и обработки давлением. Повышение качества пробиваемых отверстий обеспечивается при создании высоких гидростатических давлений в результате нанесения концентратов на поверхности заготовки.

Научная новизна. В работе предложен и исследован новый способ создания высокого гидростатического давления в зоне среза путем увеличения усилия пробивки в результате предотвращения образования скалывающих трещин со стороны матрицы и увеличения объема материала заготовки, вовлекаемого в пластическую деформацию благодаря наличию концентраторов в зоне отверстия.

Концентраторы выполняются предварительно с использованием инструмента типа центробора или трубчатой фрезы, выполняющей и функции пуансона.

Исследован механизм разрушения материала заготовки в зоне отверстия при использовании пуансонов с плоским и ступенчатым торцем.

При использовании метода линий скольжения получены поля и аналитические выражения, позволяющие оценить напряженное и деформированное состояние при срезе, а также положение поверхности среза, что оказывает значительное влияние на качество пробивки.

Разработана конструкция штампа, в котором образование концентраторов и пробивка осуществляются за один ход пресса, что обеспечивает высокую производительность процесса. В зависимости от предъявляемых требований концентраторы могут выполняться на одной или на обеих поверхностях заготовки.

Установлено, что механизм отделения отличается от традиционного. Если при обычной пробивке у режущих кромок пуансона и матрицы появляются трещины, которые растут и соединяются, что и является причиной разделения, то в предлагаемом способе разделение происходит в результате сдвига одной части заготовки относительно другой, чему предшествует значительная пластическая деформация.

Пробивка отверстий в листовом материале с использованием инструментальных штампов сопряжена с рядом недостатков (большой шероховатостью поверхности пробитого отверстия, бочко образностью и конусностью, наличием заусенцев и утяжин по кромкам отверстия и др.). Указанные недостатки ведут к снижению усталостной прочности, необходимости введения дополнительных операций (зенкерования, развертывания, дорнования и др.) в особенности при получении классных отверстий. В диссертации исследован новый способ чистовой пробивки отверстий на прессах простого действия, позволяющий получить высококачественную поверхности разделения металла.

Новый способ пробивки позволяет избежать перечисленных недостатков, путем последовательного выполнения совмещенных процессов механической обработки и обработки давлением. Суть предложенного способа заключается в повышении величины гидростатического давления в зоне пробивки при исключении контакта режущих кромок матрицы с заготовкой. Последнее обеспечивает предотвращение образования скалывающих трещин со стороны матрицы благодаря наличию концентраторов в зоне отверстия. Результатом является повышение качества пробиваемых отверстий. С этой целью на заготовке с помощью трубчатой фрезы с одной или обеих сторон наносятся кольцевые проточки (концентраторы), наружный диаметр которых равен диаметру пробиваемого отверстия. Пробивка осуществляется или пуансоном обычной конструкции, или самой трубчатой фрезой. Функции матрицы (плиты с отверстием) сводятся лишь к восприятию усилия пробивки и удалению отхода, так как задачу сопряженного с пуансоном инструмента выполняет сама заготовка. Функции пуансона также изменились. Пуансон требуется лишь для' передачи усилия пресса в зону разделения. Поэтому требования по точности изготовления, предъявляемые обычно к вырубному штампу, 'отсутствуют. Основное требование - диаметр пуансона не должен быть больше диаметра отверстия. Так как момент отделения наступает при достижении больших усилий при значительном внедрении пуансона в заготовку, в зоне среза создается большое гидростатическое давление, что приводит к существенному повышению качества поверхности.

При создании концентратора со стороны пуансона предотвращается образование утяжин. Достоинством предлагаемого способа пробивки также является отсутствие требований по точному сопряжению пуансона и матрицы. В некоторых случаях функции матрицы может выполнять плита из конструкционной стали с отверстием, диаметр которого много больше диаметра пуансона.

Основными факторами, влияющими на результаты операции, являются относительная глубина концентраторов, расположение и форма, относительный диаметр отверстия.

На основании экспериментального изучения характера деформирования при пробивке определены основные силовые и качественные параметры чистовой пробивки при различных формах и глубине концентраторов напряжений, а также разных диаметров пуансона. Результаты работы могут быть использованы при разработке оптимального процесса чистовой пробивки отверстий в толстолистовом материале.

Основные научные результаты. На основании теоретического и экспериментального изучения характера деформирования при пробивке определены основные параметры чистовой пробивки при различных формах и глубинах концентраторов, а также разных формах режущей кромки пробивного пуансона.

Впервые при анализе процесса пробивки -получены аналитические зависимости, позволяющие прогнозировать положение поверхности разделения и, следовательно, качество отверстия.

Достоверность результатов. Достоверность полученных в диссертации результатов, выводов и рекомендаций подтверждается корректным использованием математического аппарата, основанного на интегралах Генки, апробированных методов технических измерений и удовлетворительным совпадением результатов экспериментов с предсказанными теоретическими исследованиями.

Практическая ценность работы. Разработан и исследован новый процесс получения качественных отверстий при последовательном выполнении операции механической обработки и обработки давлением. Установлено, что новый процесс имеет высокую производительность, низкую стоимость благодаря использованию простой оснастки и обеспечивает высокое качество отверстий. Благодаря наличию концентраторов устраняется утяжина со стороны пуансона и заусенцы со стороны матрицы. Так как момент отделения наступает при достижении больших усилий при значительном внедрении пуансона в заготовку, в зоне среза создаются большие гидростатические давления, что приводит к существенному повышению качества поверхности.

Разработана конструкция штампа, позволяющая совместить операции механической обработки и пробивки при использовании прессов простого действия.

Апробация работы. Основные результаты диссертации апробированы на Международной молодежной конференции «XXXII Гагаринские чтения» в 2006 г., «XXXIII Гагаринские чтения» в 2007 г., «XXXIV Гагаринские чтения» в 2008 г.

Публикации по теме исследования. Основные результаты диссертации опубликованы в 8 научных трудах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, общих выводов и списка использованной литературы. Работа изложена на 122 страницах машинописного текста, иллюстрирована 4 фотографиями и 25 рисунками. Список литературы включает 50 наименований.

Заключение диссертации по теме «Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов», Хтайк Сан Вин

Общие Выводы

При создании концентратора со стороны пуансона предотвращается образование утяжин. Достоинством предлагаемого способа пробивки является отсутствие требований по точному сопряжению пуансона и матрицы. В некоторых случаях функции матрицы может выполнять плита из конструкционной стали с отверстием, диаметр которого много больше диаметра пуансона.

Эксперименты проводились на алюминиевых сплавах Д16Т, Амг5, АМгб. Толщина заготовок колебалась в диапазоне 4- 20 мм при диаметре концентраторов 10- 20 мм. Минимальная относительная величина диаметра отверстия определяется лишь прочностью и устойчивостью пуансона. Положительные результаты были получены на заготовках из разных материалов. Пробивка при оптимальных режимах (глубине и ширине концентраторов, их расположении, скорости деформирования, смазке) обеспечивала точность отверстий 2-3 классов и чистоту поверхности отверстий, соответствующую чистому шлифованию. Бочкообразность и конусность отверстий практически отсутствовали. Установлено, что материалы с большей пластичностью менее чувствительны к отклонениям режимов от оптимальных.

На основании экспериментального изучения характера деформирования при пробивке определяются основные силовые и качественные параметры чистовой пробивки при различных формах и глубине концентраторов напряжений, а также разных диаметров пробивного пуансона. Результаты работы могут быть использованы при разработке оптимального процесса чистовой пробивки отверстий в толстолистовом материале.

Предложенный способ пробивки при высоком гидростатическом давлении позволяет использовать упрощенную штамповую оснастку. Высокая точность подгонки пуансона и матрицы не требуется. В одном комплекте инструмента можно пробивать отверстия в заготовках различной толщины.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Хтайк Сан Вин, 2008 год

1. Барвинок В.А, Богданович В.И, Бордаков П.А, Пешков Б.П, Желтов И.Н, Докукина И.А. Сборочные, монтажные и испытательные С23 процессы в производстве летательных аппаратов: - М.: Машиностроение, 1996. 576 с.

2. Безухов Н. И. Основы теории упругости и пластичности. М., Высшая школа. 1961,537 с.

3. Березин Б.И. Материаловедение полиграфического производства, 2 изд., М.,1972.

4. Борисов В.Г. Процессы изготовления тонкостенных деталей самолетов методами пластического формообразования. Учебное пособие. Казань: Изд-во Казан, гос. техн. унта, 2004. 236 с.

5. Братухин А.Г, Иванов Ю.Л, Марьин Б.Н и др.; Под ред. А.Г.Братухина, Ю.Л.Иванова. Современные технологии авиастроения. М. Машиностроение 1999, 832 с.

6. Волошин И.Н. Обеспечение точности обводов клепаных агрегатов самолетов. М. Машиностроение, 1979. 152 с.

7. Голушкевич С. С. Плоская задача теории предельного равноверсия сыпучей среды. Л. М., Гостехиздат, 1948,148 с.

8. Горбунов М.Н. Технология заготовительно-штамповочных работ в производстве самолетов. М.: Машиностроение, 1970.- 351с.

9. Горбунов М.Н. Технология заготовительно-штамповочных работ в производстве самолетов. 2-е изд. Перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1981 - 224 с.

10. Государственный стандарт союза сср. ГОСТ 16718-71

11. Григорьев В.П. Сборка клепаных агрегатов самолетов и вертолетов: Учеб.пособие. М.: Машиностроение. 1975. 344 с.

12. Губкин С.И. Теория обработки металлов давлением. М., «Металлургиздат», 1947. 532 с.

13. Джонсон В., Кудо X. механика процесса выдавливания металлов М.: «Металлургия», 1965.- 174 с.

14. Ершов В. И, Попов О. В, Чумадин А. С и др. Листовая штамповка: Расчет технологический параметров. М.: Изд-во МАИ, 1999. - 516 с.

15. Ершов В.И. и др. Штамп для чистовой пробивки отверстий. Авт. Св. № 1225645

16. Житомирский Г.И. Конструкуия самолетов. Москва.: Машиностроение, 1991.395с.

17. Знаменский Л.Ц. Справочник металлиста II. Машиностроение и металлообработка. Ленинград-1933. Москва.

18. Иванов П. А. Исследование пластического трения при больших контатных давлениях. Сб. «Расчеты процессов пластического формоизменения металлов». АН СССР, М. 1962, 83с.

19. Ивлев Д. Д. К теории плоской деформации упрочняющегося пластического материала. Прикл. мат. и мех. т. XXIV, в. 4, 1960.

20. Ильюшин А. А. Пластичность Л.—М., Гостехиздат, 1948, 367 с.

21. Казаков Ю. П. Нанесение координатной сетки на листовых заготовках перед штамповкой. «Кузнечно-штамповочное производство», 1960, №8.

22. Качалов Л. М. Основы теории пластичности. М., Гостехнздат, 1956,324с.

23. Михаленка Ф. П, Гулиев А. И. Определение интенсивности напряжений и деформаций в пластической области при вырубке-пробивке тонколистового металла. «Кузнечно-штамповочное производство», 1988, №6.

24. Михлин С. Г. Современное состояние математической теории пластичности. Успехи математических наук. вып.III. М., 1936.

25. Норден А. П. Краткий курс дифференциальной геометрии. Физ-матгиз, М. 1958. 244 с.

26. Попов Е. А. Общая методика анализа формоизменяющих операций листовой штамповки при осесимметричном деформировании. Сб. «Основы теории обработки металлов давлением», М., Машгнз, 1959, 539 с.

27. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М., «Машиностроение», 1977-275 с.

28. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке, — 6-е изд.,перераб и доп. —Л.: Машиностроение, Ленингр. Отд-ние, 1979. 520с.

29. Смирнов-Аляев Г.А. Механические основы пластической обработки металлов. -М.: Машиностроение, 1968.- 272 с.

30. Соколовский В. В. Теория пластичности. Гостехиздат. 1950, второе изд., Москва, 396 с.

31. Соловцов С. С. Безотходная разрезка сортового проката в штампах. М., Машиностроение. 1985г. 172с.

32. Справочник конструктора штампов. Листовая штамповка. Под общей редакцией Л.И.Рудмена. Москва., Машиностроение, 1988г. 495с

33. Степанский Л.Г. Расчеты процессов обработки металлов давлением. М., «Машиностроение», 1979 - 215 е., ил в пер.: 1 р.

34. Соколовский В. В. О давлении пластической среды на плоский штамп. Прикл. мат. и мех. т. IV, вып. 5—6, 1940.

35. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. Учебник для вузов. Изд. 4-е, перераб. И доп.М., Машиностроение, 1977. 423с.

36. Тарновский И. Я, Поздеев А. А., Ганаго О. А. Деформации и усилия при обработке металлов давлением. Машгиз, Москва—Сверл-1959, 304 с.

37. Томленов А. Д. Вопросы теории вытяжки деталей сложной формы. «Вестник машиностроения», 1958, № 1.

38. Томленов А.Д. Об особенностях расчета напряженного состояия, возникающего при ковке плоскими бойками. «Вестник машиностроения», 1959, Лг 3.

39. Томленов А. Д. Механика процессов обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. - 423 с.

40. Томленов А. Д. Механика процессов обработки металлов давлением. М., Машгиз, 1963, 235 с.

41. Томленов А. Д. Теория пластических деформаций металлов. Машгиз, М. 1951, 199 с.

42. Томленов А. Д Об особенностях расчета напряженного состояния, возникающего при ковке плоскими бойками. «Вестник машиностроения», 1959, № 3.

43. Томленов А. Д. О величине усилия осадки стальных слитков. Сб. «Автоматизация машиностроительных процессов», АН СССР, М. 1959,394 с.

44. Томленов А. Д. Определение усилий и напряжений метолом линий скольжения. Сб. «Основы теории обработки металлов давлением», М., Машгнз, 1959.

45. Томленов А. Д. Об одном свойстве линий скольжения. Сб. «Вопросы прочности материалов и конструкций», АН СССР, М. 1959.

46. Томленов А. Д. О растягивающих напряжениях в металле при ковке и поперечной прокатке. Сб. «Исследования в области обработки металлов давлением», М., АН СССР, 1960,66 с.

47. Третьяков Е. М. О калибровке плоских заготовок и детален. «Кузнечно-штамповочное производство», 1962, № 4.

48. Третьяков Е. М., Луговской В. М. Упруго-пластическое сжатие тонкой полосы между плоскими жесткими штампами. Сб. «Расчеты процессов пластического формоизменения металлов», АН СССР, М. 1962,83 с.

49. Унксов Е. П. Инженерная теория пластичности. Машгиз, М. 1959.

50. Хмара С.М, Коломойцев А.Д, и Смоляников В.П. Определение требуемой толщины нижней плиты штампа. Кузнечно-штамповчное производство. № 4,1966г.

51. Шофман Л. А. Основы расчета процессов штамповки и прессования. Машгиз, М. 1961, 338 с.

52. Шофман Л. А. Элементы теории холодной штамповки. Оборонгиз. 1952, 335с.

53. Шофман Л. А. Применение жестко-пластической схемы для расчета формоизменения и сопротивления деформируемого тела. Сб. «Основы теории обработки металлов давлением», Машгиз, М. 1959, 539 с.

54. Шофман Л. А., Перлин П. И. Методика теоретического анализа процессов обработки давлением жестко-пластического тела. «Кузнечно-штамповочное производство», 1959, № 4.

55. Шумакова Л.С. Проектирование заготовительно-штамповочной оснастки. Учебное пособие. Москва. 1981.