Исследование процесса изготовления деталей летательных аппаратов из листовых заготовок изгибом с дополнительным нагружением в радиальном направлении тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.02, кандидат технических наук Тан Вин Аунг

• Тан Вин Аунг
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Тан Вин Аунг

Введение.

Глава 1. Обзор способов изготовления деталей гибкой из листового материала.

1.1 Основные проблемы процесса гибки.

1.2 Схемы нагружения заготовки при изгибе.

1.3 Схемы штампов.

1.4 Формоизменение заготовки при отсутствии внешнего изгибающего момента.

1.5 Выводы.

Глава 2.Исследование процесса изгиба с радиальным нагружением.

2.1 Методика расчёта силовых параметров процесса изгиба с радиальным сжатием.

2.2 Определение минимального радиуса изгиба.

2.3 Пружинение материала после разгрузки.

2.4 Выводы.

Глава 3. Исследование процесса одновременного изгиба нескольких заготовок.

3.1 Определения закона распределения нормального давления на первом переходе.

3.2 Усилие при процессе одновременного изгиба нескольких заготовок.

3.3 Минимальный радиус одновременного изгиба нескольких заготовок.

3.4 Выводы.

Глава 4. Экспериментальные исследования процессов гибки листов.

4.1 Изгиб с радиальным нагружением.

4.1.1 Методика проведения экспериментов.

4.1.2 Результаты экспериментов.

4.2 Процесс одновременного изгиба нескольких заготовок.

4.2.1 Условия проведения экспериментов.

4.2.2 Результаты экспериментов.

4.3 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование процесса изготовления деталей летательных аппаратов из листовых заготовок изгибом с дополнительным нагружением в радиальном направлении»

Для производства летательных аппаратов важными проблемами являются; снижение материалоемкости продукции, внедрение прогрессивных технологических процессов, развитие передовой малооперационной технологии, совершенствование конструкции. Совершенствование конструкции предполагает обычно использование новых технологических решений и повышение технологичности изделия.

Снижение материалоемкости продукции позволяет снизить стоимость изделия в результате уменьшения веса заготовок и трудоемкости их обработки. Уменьшение веса изделия при выполнении всех технических требований, предъявляемых к нему, возможно при использовании новых высокопрочных материалов, обладающих, кроме того, некоторыми другими необходимыми свойствами такими, как, например, жаростойкость, коррозионная стойкость, высокая усталостная прочность и т.д. Важным средством снижения веса является использование такой формы и размеров деталей, при которых обеспечивается их максимальная прочность и жёсткость.

При снижении веса значительно повышается эксплуатационная эффективность летательного аппарата, так как уменьшаются энергетические затраты, необходимые для перемещения аппарата с заданной скоростью. При снижении веса планера (корпуса) и сохранении прежнего взлётного веса может быть увеличена дальность полета за счёт увеличения веса горючего. Если не требуется увеличения дальности полёта, то уменьшение материалоёмкости позволяет увеличить полезную нагрузку, что снижает эксплуатационные расходы на единицу массы.

Ведущую роль в снижении веса любой машины призвана играть технология, которая определяет возможность изготовления детали или узла с заданными характеристиками. Применение новых высокопрочных материалов постоянно ставит задачи по их переработке в изделие, приводит к необходимости увеличения мощности оборудования и поиска новых методов и средств обработки. Последнее обусловлено недостаточной технологичностью высокопрочных материалов (низкой пластичностью, чувствительностью к концентраторам, склонностью к газонасыщению и др.).

В настоящее время определилась тенденция повышения эксплуатационной эффективности летательных аппаратов за счёт увеличения их габаритов. Это в значительной мере осложняет производство, так как ведет к росту габаритов и мощностей технологического оборудования, увеличению площади цехов необходимой для размещения как самого оборудования, так и для хранения технологической оснастки и самих изделий.

Увеличение габаритов летательного аппарата непосредственно связано с повышением их надёжности. Проблема надёжности также решается технологическими средствами. Следовательно, совершенствование технологических процессов позволяет решить такие важные задачи, как снижение веса изделия, улучшение его эксплуатационных характеристик, повышение надёжности, уменьшение трудоемкости и стоимости изготовления.

Среди процессов обработки металлов давлением, применяемых при изготовлении летательного аппарата, наиболее широко распространена гибка различных полуфабрикатов. Будучи широко распространенной как самостоятельная операция, гибка входит в виде составного элемента в различные процессы, как например, обжим и раздачу, вытяжку, отбортовку по выпуклому, вогнутому и прямолинейному бортам, гибку (малковку) и подсечку профилей, обтяжку и обтяжку с растяжением, формообразование на рогообразном сердечнике и многие другие» Поэтому, очевидно, некоторые проблемы, встающие при использовании этих процессов, могут быть решены, если устраняются трудности, возникающие при гибке.

Теоретический анализ процесса гибки проводился как российскими, так и зарубежными учеными: Губкиным С.И.[1, 2], Горбуновым М.Н.[3, 4, 5],

Ершовым В.Щ6, 7], Закировым И.М.[8], Звороно Б.П.[9], Исаченковым 5

Е.Щ10], Лысовым М.И.[11, 12], Малининым Н.Щ13], Самуль В.И.[14], Мошниным Е.Н.[15], Поповым Е.А.[16, 17, 18], Смирновым-Аляевым Г.А.[19, 20, 21, 22], Томленовым А.Д.[23], Романовским В.П.[24, 25, 26, 27] , Безухов Н.И. [28] и многими другими[29, 30, 31, 32, 33, 34]. В результате этих исследований были явлены зависимости между основными факторами и предложены методики расчета технологических параметров процесса. Однако предложенные методики ограничены решением конкретного процесса, учитывают ограниченное число факторов силовой интенсификации и не дают возможность вести расчет нестационарно протекающих процессов.

Следовательно, задача поиска оптимальных режимов дополнительного силового нагружения путем создания более полной и точной методики расчета технологических параметров процесса гибки листовых заготовок является актуальной.

Объектом исследования являются процессы гибки листовых заготовок в условиях дополнительного радиального нагружения, связанное с ним последующее пружинение и минимальный допустимый радиус изгиба.

Предметом исследования являются параметры процесса гибки и условия формоизменения, влияющие на точность деталей после снятия нагрузки. В частности, напряженно-деформированное состояние и основные геометрические характеристики получаемых деталей с учетом пружинения, а также влияние дополнительного силового нагружения.

Целью исследования является повышение жесткости профилей, полученных гибкой листового материала и уменьшение трудоемкости их изготовления.

Для достижения цели были поставлены и решены следующе задачи:

- теоретический анализ напряженно-деформированного состояния и технологических праметров процессов гибки листових заготовок в условиях дополнительного силового нагружения.

- создание методик расчета напряженно-деформированного состояния и параметров пружинения и радиус изгиба листовых заготовок.

- экпериментальная проверка соответствия решений, полученных при теоретических исследованиях процесса изгиба из листовых материалов. Методологические основы. Теоретические исследования процесса гибки базируются на основных положениях теории пластичности и методах исследовния процессов пластического деформирования листовых заготовок, что позволило решить задачу неосесимметричного деформирования. Теоретические исследования пружинения велись на основе теоремы об упругой разгрузке Ильюшина А.А.

Экспериментальные методы исследования и обработки результатов на образцах натурных заготовок из листового материала.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработаны новые методы расчета напряженно-деформированного состояния и технологических праметров при гибке с дополнительным радиальным нагружением;

- определены оптимальные режимы гибки с дополнительным радиальным нагружением.

- Исследован процесс одновременного изгиба нескольких заготовок. Апробация работы. Основые результаты диссертации докладывались на научной конференции XXXII академических чтений по космонавтике, проводившихся в МГТУ в 2008 году.

Публикации. Содержание работы изложено в 2 статьях, 5 тезисах докладов к научно-практическим конференциям.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и библиографии. Работа содержит (113) страниц машинописного текста, (25) рисунков, (4) таблицу, список из (79) библиографических источников.

Заключение диссертации по теме «Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов», Тан Вин Аунг

Основные результаты и выводы

1. Обзор литературных данных показывает, что основные исследования процесса изгиба относятся к изгибу под действием изгибающего момента. Эти исследования ограничены решением вопросов конкретных процессов, не учитывают факторы силовой интенсификации, не дают возможность вести расчет нестационарно протекающих процессов.

2. Обзор предыдущих исследований показывает, что дополнительная сжимающая нагрузка увеличивает пластичность материала заготовки и схему напряженно-деформированного состояния в очаге деформации.

3. Разработанная методика расчета процесса изгиба с дополнительным радиальным нагружением показывает, что радиальное нагружение позволяет существенно уменьшить внутренний радиус изгиба (в 1,6-2,0 раза для заготовок из сплава титана ОТ4 и в 2-3 раза для заготовок из Д16АТ) и уменьшить угол пружинения в 1,5-2,0 раза. Результатом является повышение жесткости деталей примерно на 20 %, что дает возможность снизить их массу и улучшить тактико-технические характеристики. Установлено, что результатом является увеличение дальности полета на 1015%. Трудоемкость изготовления снижается за счёт уменьшения доводочных работ.

4. Установлены области рационального использования различных последовательностей нагружения. Экспериментальные результаты показывают, что простое нагружение (изгиб + радиальное сжатие) и нагружение в последовательности (радиальное сжатие - изгиб) уменьшают радиус изгиба и угол пружинения; нагружение в последовательности (изгиб - радиальное сжатие) следует использовать для повышения точности в результате уменьшения угла пружинения.

5. Исследованный новый способ одновременного изгиба нескольких заготовок может быть использован при отсутствии специальной штамповой оснастки. Результаты операции зависят от числа одновременно изгибаемых заготовок и размеров универсальных штампов. При

107 одновременном изгибе трех заготовок из сплава ОТ4 минимальный радиус был уменьшен практически в два раза. Трудоемкость штамповки не увеличивается по сравнению с обычной гибкой.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Тан Вин Аунг, 2009 год

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

2. Губкин СИ. Пластическая деформация металлов. М., "Металлургиздат.", 1961.

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

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

5. Горбунов М. Н. Определение технологических параметров процесса изгиба с растяжением. Труды МАТИ, вып. 29, 1956.

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

7. Ершов В.И, Глазков В.М, Каширин М.Ф и др. «Совершенствование формоизменяющих операций листовой штамповки». М.,Маш: 1990. 312с.

8. Закиров И.М., Лысов М.И., Абакумов А.И. Исследование процесса гибки-прокатки на двухвалковой гибочной машине. «Кузнечно-штамповочное производство»., 1975.№ 7.

9. Звороно Б.П. Чистый пластический изгиб и выпрямление широкой полосы. "Кузнечно-штамповочное производство", 1966, № I.

10. Ю.Исаченков Е.И. Штамповка резиной и жидкостью. Машгиз, 1962.

11. П.Борисов В. Г., Лысов М. И. К вопросу повышения точности формообразования при гибке деталей из профилей. Труды КАЙ. Вып. 84, 1964.

12. Лысов М. И. Теория и расчет процессов изготовления деталей методами гибки. "Машиностроение", М., 1968.

13. Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. М., "Машиностроение", 1968.

14. Самуль В. И. Основы теории упругости и пластичности. Изд. "Высшая школа", Москва, 1970.

15. Мошнин Е.Н.исследование пластического изгиба. Сб. тр. ЦНИИТМАШ, кн.-62, Машгиз, 1954.

16. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. Машиностроение, 1968.

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

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

19. Смирнов-Аляев Г. А. Сопротивление материалов пластическому деформированию, машгиз, М., Л., 1961.

20. Смирнов-Аляев Г.А., Механические основы пластической обработки металлов. Машиностроение, Л. 1968.

21. Смирнов-Аляев Г.А., Чикидовский В.П., Экспериментальные исследования в обработке металлов давлением. Машиностроение. Л. 1972.

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

23. Томленов А. Д. Механика процессов обработки металлов давлением. М., Машгиз, 1963.

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

25. Романовский В. П. Деформации и минимальные радиусы при пластическом изгибе. "Вестник машиностроения"!, 1949.

26. Романовский В. П. Справочник по холодной; штамповке. Машиностроение, л., 1971.

27. Романовский В. П. О пластическом изгибе 'Заводская лаборатория', 1948, № 12.

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

29. Качанов JI. М. Основы теории пластичности. М., Гостехнздат, 1956, 324 с.

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

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

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

33. Тарновский И. Я., Поздевв А. А., Ганаго О. А., Колмогоров В. Л., Трубин В. Н., Вайсбурд Р. А., Грановский В.И. Теория обработки металлов давлением. Металлургиздат, М., 1963.

34. Ренне И. П. Исследование пластического изгиба листовых заготовок. Канд. диссертация, 1952.

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

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

37. 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.

38. Ершов В.И., Уваров В.В., Чумадин А.С., Марьин Б.Н. Петров A.M. Иванов Ю.Л., Справочник кузнеца-штамповщика. М. Изд-во МАИ., 1996. 352 с. ил.

39. Малов А. Н. Гибка листового материала. "Вестник машиностроения", 1948, №4.

40. Бродский В. А. Инструмент для изгибания листового материала. Авт. свид. №199076.

41. Штамповка, сварка, пайка, и термообработка титана и его сплавов в авиастроении, /коллектив авторов ; М. Машиностроение, 1997. 660с.

42. Проскуряков Г. В. Способ гибки профилей из листового материала. Авторск. СБИД. № 185827.

43. Прудников М. И. Разрушение и минимальный радиус изгиба. В сб. "Инженерные методы расчета технологических процессов обработки металлов давлением", М., 1964.

44. Томсси Э., Яиг Ч., Кобаяши Ш. Механика пластических деформаций при обработке металлов;:. "Машиностроение", 1969.

45. Фридман Я. Б. Механические свойства металлов. Т.1,2. Машиностроение, 1974.46.3айков М. А. Влияние схемы напряженного состояния на сопротивление металла пластической деформации. Тр. Сибирского металлургического института. 1954, № I.

46. Малинин Н.Н. Большие деформации полосы при пластическом изгибе. Известия АН.СССР. Механика. 1965 .№2.

47. Тришевский И.С., Клепанда В.В, Дахновский Э.С. Способ изготовления профилей. Авт. свид. №202857.

48. Войхановский Л.Г. Способ гибки в штампах. Авт. свид. № 85328.

49. Алякриский Б.П., и др. Способ гибки профилей из листового материала. Авт. свид. №122218.

50. Копыский Б. Д. Элементы расчета оснастки и технологии локальной штамповки гибким штампом. "Кузнечно-штамповочное производство", 1972, № 12.

51. Фадеев М.С., Бугров А.А., Лапскер Р.Д. Гибка в двухвалковых листогибочных машинах с полиуретановым покрытием валка. «Вестник машиностроение», 1975.№4.

52. Фадеев М.С., Бугрова А. А., Лапскер Р. Д., Правдина А.Г. Экспериментальные исследования двухвалковой схемы гибки листового материала. В сб. «Исследование и разработка кузнечно-прессовых машин и технологических процессов». Воронеж, 1976.

53. Ходырев В.А. Применение полиуретана в листоштамповочном производстве. Пермское книжное издательство. 1973.

54. Соколов И.А., Грин В.В., Уральский В.И. Упругое пружинение при гибке с применением эластичных сред. Тр. Уральского НИИчермет. 1973.т. 19.

55. Mansell Ivor. Elastromeric forming die. Пат. США кл 72-75, /B2Id 5/001, №3760622.

56. Hill R. Mathematical theory of plasticity. Oxford, 1998. ISBN 0198503679. KA.T 362 s.

57. Mansell Ivor. Elastromeric forming die assembly and die pad for such assembly. Анг. Пат. кл B3E/B2Id 5 /01, №1391603.

58. George Gerand. Determining bend radius via analitycal approach. "Aviation" 1945, №3.

59. Алексеев Ю.Н., Огурек O.H., Кулинов A.A. Пластический изгиб при формообразовании гофрированных панелей методом стесненного изгиба. «Самолетостроение и техника воздушного флота.», вып. 16. изд ХГУ. 1968.

60. Корженевский B.C. Рессорный штамп для гибки панелей. «Авиационная промышленность», 1952, № 2.

61. Проскуряков Г. В. Стесненный "изгиб.-"Авиационная промышленность", 1966, Ш 2.

62. Сирка V., Nalagawa Т., Tiyamoto Н., Kydo Н., Fine bending with counter pressure. "CIRP", 1973. 22 №1, 73-74.

63. Накагава Такэо. Гибка с противодавлением. «Киндзону», 1975, 45, № 10, 56-57.

64. Накагава Такэо. «Пурэсу гидзюцу», 1975, 13,№ 12 76-77.

65. Тарновский И.Я., Поздеев А.А., Ганаго О.А., Деформации и усилия при обработке металлов давлением. Машгиз. 1959.

66. Илюшин А.А, Пластичнось. Гостехиздат. 1948.

67. Тимошенко С. П., Гудьер Дж. Теория упругости. Изд. "Наука", М., 1975.

68. Унксов Е.П. Инженерная теория пластичности. Машгиз. М. 1959.

69. Гоффиан О., Закс Г. Введение в теорию пластичности для инженеров. Машгиз, 1975.

70. Смирнов-Аляев Г.А., Механические основы пластической обработки металлов. Машиностроение, Л., 1968.

71. Материалы в машиностроении. Справочник в 5-ти томах под ред. Кудрявцева И.В. Машиностроение. М. 1967.

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

73. Минимальные радиусы сгиба высокопрочных материалов и сталей. Размеры. Проект ГОСТ ПГ 400-676-73.

74. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. Наука. 1971.

75. Горский В.Г., Адлер Ю.П., Планирование промышленных экспериментов. М., Металлургия. 1974.

76. Кучер П.Н., Методы планирования экспериментов и дисперсионный анализ их результатов. Киев. 1974.

77. Паленов В.В., Теория эксперимента. М. Наука. 1971.

78. Мелентьев П.В. Приближенные вычисления. Государственное издательство физико-математической литературы. М. 1962.