Исследование процесса раскатки труб в производстве деталей летательных аппаратов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.02, кандидат технических наук Хейн Вин Зо

• Хейн Вин Зо
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Хейн Вин Зо

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР СПОСОБОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ И МЕТОДОВ РАСЧЕТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПАРАМЕТРОВ.

1.1. Особенности технологии производства деталей летательных аппаратов.

1.2. Способы изготовления деталей типа «переходник».

1.2.1. Способы раздачи труб.

1.2.2. Способы локального деформирования.

1.3. Методы расчета напряженно-деформированного со стояния.

1.3.1. Методы расчета процессов раздачи.

1.3.2. Методы расчета процессов локального деформирования.

1.4. Выводы.

1.5. Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАСКАТКИ

ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК.

2.1. Исходные уравнения.

2.2. Определение контактных давлений.

2.2.1. Расчет контактных давлений в условиях симметрии очаге деформации.

2.2.2. Влияние замкнутого контура заготовки на величину подпора.

2.2.3. Влияние внеконтактных деформаций на величину подпора.

2.2.4. Учет влияния диаметров оправок на распределение контактных давлений

2.2.5. Расчет касательных напряжений от сил контактного трения.

2.2.6. Определение крутящих моментов.

2.2.7. Определение работы сил контактного трения.

2.3. Напряженно-деформированное состояние материала в очаге деформации.

2.4. Методика приближенного расчета силовых параметров 73 при раскатке труб.

2.5. Выводы.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА

РАСКАТКИ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК.

3.1. Условия проведения экспериментов.

3.2. Механические свойства материалов.

3.3. Исследование традиционного процесса раздачи труб.

3.4. Исследования процесса раскатки.

3.4.1. Предварительные эксперименты по раскатке.

3.4.2. Особенности раскатки.

3.4.3. Величина геометрического контакта при раскатке.

3.4.4. Внеконтактная деформация при раскатке.

3.4.5. Определение момента внешних сил при раскатке.

3.4.6. Сопоставление результатов опытных и теоретических работ.

3.5. Раскатка с помощью давильного кольца.

3.6. Совмещение процессов раздачи и раскатки труб.

3.7. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование процесса раскатки труб в производстве деталей летательных аппаратов»

Летательные аппараты (самолеты, вертолеты, ракеты и др.) состоит из нескольких тысяч различных металлических деталей, большую часть которых (до 70%) получают методами листовой штамповки [1].

Широкое применение листовой штамповки в авиа- и ракетостроении объясняется целым рядом ее преимуществ:

- малая трудоемкость изготовления;

- большая производительность и малая себестоимость деталей;

- сравнительно небольшие потери материала заготовки, высокий коэффициент использования материала;

- благоприятные условия для механизации и автоматизации процессов;

- высокое качество получаемых деталей (высокие точностные параметры, малая шероховатость поверхностей и др.).

В зависимости от функционального назначения детали, применяемого материала, габаритов и программы выпуска используются различные методы ее изготовления. Это процессы раздачи и обжима труб, вытяжка, формовка и гибка листового материала и др. Для осесимметричных деталей типа обтекатель, переходник, сильфон, компенсатор и других деталей гидрогазовых систем летательных аппаратов в последнее время все чаще применяются методы локального деформирования, в том числе методы ротационного формообразования, которые в сравнении с традиционными методами листовой штамповки обладают рядом достоинств: снижением деформирующего усилия, простотой технологической оснастки, большими возможностями формоизменения и другими преимуществами [2-4].

Однако не все процессы ротационного деформирования в настоящее время являются достаточно изученными. Это в полной мере относится к перспективному процессу изготовления осесимметричных деталей летательных аппаратов раскаткой труб [5-6]. Поэтому исследования в этом направлении (в части расчета технологических параметров, оптимальных режимов деформирования) являются актуальными.

Представленная работа выполнена на кафедре «Технология производства летательных аппаратов» «МАТИ» - Российского государственного технологического университета им. К.Э. Циолковского, где проведены все теоретические и экспериментальные исследования.

В теоретическом плане работа связана с совершенствованием методов расчета напряженно-деформированного состояния в операциях пластического деформирования при изготовлении деталей летательных аппаратов, основы которых были заложены российскими и зарубежными учеными, в том числе М.В. Сторожевым, Е.А. Поповым, М.Н. Горбуновым, А.Д. Томленовым, В.И. Ершовым, Е.А. Унксовым, А.И. Целиковым, B.C. Смирновым, А.Г. Овчинниковым, В.Г. Кононенко, Н.И. Могильным, Л.Г. Юдиным, С.П. Яковлевым, С. Колпакчиогли, Ш. Кобаяси, Э. Томсеном и другими.

В практическом плане работа связана с разработкой рациональных методов обработки в процессах изготовления деталей летательных аппаратов методом раскатки трубных заготовок.

Целью диссертационной работы является сокращение сроков технологической подготовки производства и трудоемкости изготовления деталей летательных аппаратов типа «переходник», получаемых раскаткой труб.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

- проведены технологические и теоретические исследования процессов раздачи труб и ротационного деформирования и определены методы решения поставленной задачи;

- разработана методика расчета напряженно-деформированного состояния и режимов обработки при раскатке труб с учетом многопереходности обработки;

- разработана математическая модель процесса раскатки труб, основанная на инженерном методе расчета и энергетическом методе баланса работ;

- проведены экспериментальные исследования, подтверждающие эффективность разработанных теоретических моделей;

- предложены эффективные пути совершенствования процесса раскатки труб при изготовлении деталей типа «переходник».

Методы исследования, использовавшиеся в работе:

- теоретический анализ процессов деформирования с использованием основных положений теории пластичности;

- методы интегрирования дифференциальных уравнений и базовые принципы программирования и передачи информации;

- экспериментальные методы исследования и обработки результатов на образцах и натурных заготовках из трубных заготовок.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- усовершенствован метод расчета напряженно-деформированного состояния при раскатке трубных полуфабрикатов с учетом внеконтакных деформаций, сил контактного трения и изменения механических характеристик материала заготовки в результате многопереходной обработки;

- разработана новая математическая модель расчета технологических параметров при раскатке труб;

- предложены эффективные пути совершенствования процесса раскатки при изготовлении деталей летательных аппаратов типа «переходник».

Практическое значение работы заключается в следующем:

- разработаны компьютерные программы для автоматизированного расчета режимов процесса изготовления детали раскаткой труб с учетом упрочнения материала заготовки, которые могут быть использовать на всех стадиях проектирования и освоения новых технологических процессов в промышленном производстве;

- получены аналитические выражения для расчета режимов обработки с учетом влияния основных факторов процесса раскатки;

- разработан новый способ раскатки труб с помощью давильного кольца.

В конечном итоге практическое значение работы состоит в том, что проведенные исследования позволяют сократить сроки технологической подготовки производства и трудоемкость изготовления деталей летательных аппаратов типа «переходник», получаемых раскаткой труб.

Достоверность полученных результатов подтверждается обоснованностью принятых допущений, корректностью построения математических моделей и удовлетворительным совпадением теоретических расчетов с результатами экспериментальных работ.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на конференциях в следующих организациях:

Год Организация Наименование конференции, семинара

2006 МАТИ им. К.Э. Циолковского Международная молодежная научная конференция «XXXII Гагаринские чтения». Секция № 5.

2007 МГТУ им. Н.Э. Баумана Актуальные проблемы российской космонавтики. XXXI академические чтения. Секция № 19.

2007 МАТИ им. К.Э. Циолковского Международная молодежная научная конференция «XXXIII Гагаринские чтения». Секция № 5.

2008 МГТУ им. Н.Э. Баумана Актуальные проблемы российской космонавтики. XXXII академические чтения. Секция № 19.

2008 МАТИ им. К.Э. Циолковского Международная молодежная научная конференция «ХХХГУ Гагаринские чтения». Секция № 5.

2008 МАТИ им. К.Э. Циолковского Всероссийская научно-техническая конференция «Новые материалы и технологии». Секция № 3.1.

2009 МГТУ им. Н.Э. Баумана Актуальные проблемы российской космонавтики. XXXIII академические чтения. Секция № 19.

2009 МАТИ им. К.Э. Циолковского Международная молодежная научная конференция «ХХХУ Гагаринские чтения». Секция № 5.

Публикации. Содержание диссертации опубликовано в 9 работах, в том числе в научной статье, которая опубликована в журнале, рекомендованном ВАК, и 8 тезисах докладов.

Личный вклад соискателя в диссертационную работу.

Все основные положения труда, включая теоретические, экспериментальные исследования и программно-расчетные работы выполнены соискателем лично.

Структура диссертации. Работа состоит из введения, трех основных глав, общих выводов, списка литературы и материалов приложений.

Заключение диссертации по теме «Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов», Хейн Вин Зо

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В результате проведенных исследований процесса раскатки труб при изготовлении деталей летательных аппаратов типа переходник установлено следующее.

1. Детали типа переходник получают в основном с использованием операций раздачи труб на жестком пуансоне. Эти процессы хорошо изучены и нашли широкое применение в производстве деталей летательных аппаратов. Однако возможности формоизменения заготовки в процессе раздачи существенно ограничены. Это приводит к необходимости нагрева заготовок, что удорожает и усложняет производство деталей.

2. Использование процесса раскатки труб при изготовлении переходников дает возможность значительно повысить степень формоизменения заготовки в холодном состоянии, однако сам процесс раскатки недостаточно исследован в части оптимальных режимов обработки.

3. Проведенные теоретические исследования показали, что процесс раскатки труб близок к процессу продольной прокатки, однако имеются отличия в наличии замкнутого контура заготовки и многопереходности обработки. В результате был усовершенствован метод расчета напряженно-деформированного состояния при раскатке трубных полуфабрикатов с учетом внеконтактных деформаций, сил трения и изменения механических характеристик материала заготовки в результате многопереходной обработки.

4. Экспериментально определены величины внеконтактных деформаций и силы контактного трения. Определены оптимальные режимы обработки, заключающиеся в создании большей доли сжимающих усилий.

5. Разработаны компьютерные программы для автоматизированного расчета режимов процесса изготовления переходников раскаткой труб с учетом упрочнения материала заготовки, которые могут быть использовать на всех стадиях проектирования и освоения новых технологических процессов в промышленном производстве. Получены приближенные аналитические выражения для расчета режимов обработки с учетом влияния основных факторов процесса раскатки, которые подтверждаются экспериментально.

6. Разработан новый способ раскатки, обеспечивающий повышение геометрической точности получаемых деталей. В целом раскатка повышает производительность формоизменения по сравнению с раздачей в 1,5-2,0 раза.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Хейн Вин Зо, 2009 год

1. Горбунов М.Н. Технология заготовительно-штамповочных работ в производстве самолетов. М.: Машиностроение, 1981. — 224 с.

2. Попов Е.А., Ковалев В.Г., Шубин И.Н. Технология и автоматизация листовой штамповки. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 480 с.

3. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. —Л.: Машиностроение, 1971.-782 с.

4. Гредитор М.А. Давильные работы и ротационное выдавливание. М.: Машиностроение, 1971. — 239 с.

5. Чумадин А.С., Бурштейн Н.М., Архипов В.Н. Ротационно-давильный станок НИКПОС-1. Патент РФ №2093290, 1997.

6. Чумадин А.С., Бурштейн Н.М., Архипов В.Н. Способ изменения диаметра концевого участка трубы. Патент РФ №2104112, 1998.

7. Абибов А.Л., Бирюков Н.М., Бойцов В.В. и др. Технология самолетостроения. -М.: Машиностроение, 1970. 499 с.

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

9. Горбунов М.Н. Штамповки деталей из трубчатых заготовок. М.: Машгиз, 1960. -190 с.

10. Интенсификация формообразования деталей из трубчатых заготовок. Под ред. Марьина Б.Н., Иванова Ю.Л., Сапожникова В.М. М., "Машиностроение", 1996, 176 с.

11. П.Ершов В.И., Глазков В.И., Каширин М.Ф. Совершенствование формоизменяющих операций листовой штамповки. — М.: Машиностроение, 1990,-312 с.

12. Чумадин А.С., Глазков В.И. Предельные возможности получения равнотолщинных деталей раздачей трубчатых заготовок с подпором. Известия ВУЗов. Машиностроение. №3, 1984.

13. Чумадин А.С. Один из способов интенсификации процесса раздачи труб. Кузнечно-штамповочное производство, № 8,1990.

14. Ершов В.И., Чумадин А.С., Глазков В.И. и др. Авт. Свид. СССР, № 1282945, 1985.

15. Чумаченко Е.Н., Смирнов О.М., Цепин М.А. Сверхпластичность: материалы, теория, технологии. М: КомКнига, 2005. - 320 с.

16. Пашкевич А.Г., Орехов А.В., Горленко A.M. Скоростные условия нагружения при обжиме и раздаче труб в режиме сверхпластичности. "Известия ВУЗов. Авиационная техника", № 4 , 1986, с. 123-126.

17. Титов В.М. Раздача полых цилиндрических заготовок в условиях сверхпластичности. Кузнечно-штамповочное производство. № 6, 2000.

18. Бриджмен П. Исследование больших пластических деформаций и разрыва. Пер. с англ. М., ИЛ, 1955, 444 с.

19. Веллер М.В., Коняев Ю.С. Увеличение пластичности металлов и сплавов в условиях высоких давлений. "Кузнечно-штамповочное производство", № 4, 1980, с. 4-5.

20. Чумадин А.С., Ершов В.И., Зиая Д. Влияние гидростатического давления на предельные возможности деформирования при листовой штамповке. Кузнечно-штамповочное производство, № 9,1990.

21. Могильный Н.И. Ротационная вытяжка оболочковых деталей на станках. -М.: Машиностроение, 1983. -192 с.

22. Кононенко В.Г. О пластической деформации и наклепе стенок выдавливаемых оболочек. Известия вузов. Машиностроение, №12, 1963, стр. 21-25.

23. Основы технологии производства летательных аппаратов. Учебное пособие для вузов / А.С. Чумадин, В.И. Ершов, В.А. Барвинок и др. М.: Наука и технологии, 2005. - 912 с.

24. Сшдерсысий В.П. Економ1чна ефектившсть технолопчного забезпечеея виготовлення корпусних деталей деформуванням. Наукаве видання. -Харюв: Вид. ХДЕУ, 2003. -196 с.25. ГОСТ 18970-84.

25. Киселев А.И., Горюшина М.В. Ротационно-давильная обработка в листовой штамповке // Металл, оборудование, инструмент №3, 2004.

26. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. -М.: Машиностроение, 1977. -223 с.

27. Сторожев М.В., Попов А.Е. Теория обработки металлов давлением. ~М.: Машиностроение, 1977. -423 с.

28. Теоретические основы авиа- и ракетостроения. Учебное пособие для вузов / Чумадин А.С., Ершов В.И., Барвинок В.А. -М.: Изд-во «Дрофа», 2005. -784 с.

29. Основы авиа- и ракетостроения. Учебное пособие для вузов / Чумадин А.С., Ершов В .И., Макаров К.А. -М.: Изд-во Инфра-М, 2008. -992 с.

30. Шофман J1.A. Теория и расчеты процессов холодной штамповки. М., «Машиностроение», 1964, 375 с.

31. Соловцов С.С. Исследование формовки удлиненных фасонных деталей с замкнутыми поперечными сечениями. В сб. трудов Московского станкостроительного инструмента, 1958, №4, с. 183-221.

32. Казакевич И.И. Расчеты процессов обжима и раздачи труб. «Вестник машиностроения», 1959, № 6, с. 48-51.

33. Бубнова Л.В., Малинин Н.Н. Напряжения и деформации при формоизменении тонкостенных труб. «Известия вузов. Машиностроение», 1965, № 10, с. 199-203.

34. Глазков В.И. Исследование процесса раздачи тонкостенных трубчатых заготовок с осевым подпором. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. М., МАТИ, 1968, 24 с.

35. Ершов В.И. Раздача трубчатых заготовок при переменном сопротивлении деформированию. «Кузнечно-штамповочное производство», 1965, № 2, с. 14-19.

36. Попов О.В. Изготовление цельноштампованных тонкостенных деталей переменного сечения. М., Машиностроение, 1974, 120 с.

37. Баркая В.Ф., Рокотян СБ., Рузанов Ф.И. Формоизменение листового материала. М.: Металлургия. - 1976. - 294 с.

38. Томсен Э., Янг Ч., Кобояши Ш. Механика пастической деформации при обработке металлов. М., "Машиностроение", 1969, -362 с.

39. Kalpakciogly S. On the mechanics of sheet spinning. Trans. ASME. "Journal of engineering for indastry". Series B, May, 1961, p. 125-130.

40. Кобаяши Ш., Холл И., Томсен Э. Теория силовой выдавки для конуса. "Конструирование и технология машиностроения". Труды американского общества инженеров-механиков, т. 83, серия В, № 3, 1961.

41. Ястребов В.Ф., Бородин Н.М. Определение силовых параметров процесса ротационного выдавливания /Обработка металлов давлением в машиностроении. Харьков: ХГУ. 1972. Вып.8.

42. Смирнов B.C. Теория обработки металлов давлением. -М.: Металлургия. 1973. -496 с.

43. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. ~М.: Металлургия, 1986.-688 с.

44. Грудев А.П. Теория прокатки. М.: Металлургия, 1968. - 240 с.

45. Чумадин А.С., Бутырин С.Г., Степанов А.Н. Моделирование процесса раскатки концевого участка трубной заготовки. Кузнечно-штамповочное производство. №7, 1997, стр. 12-14.

46. Тетерин П.К., Лукьянов В.П. Определение деформирующих усилий при раскатке кольцевых заготовок на оправке. Кузнечно-штамповочное производство. №6, 1966, стр. 9-14.

47. Чумадин А.С. Методы построения и аппроксимации кривых упрочнения металлов и сплавов. Учебное пособие. -М.: МАТИ, 2001. 43 с.

48. Полухин П.И., Гунн Г.Я., Галкин A.M. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. Справочник. -М.: Металлургия, 1983. 352 с.

49. Качанов JI.M. Основы теории пластичности. М.: Наука, 1996. - 420 с.

50. Хилл Р. Математическая теория пластичности. М.: ГИТТЛ, 1956. - 407 с.

51. Целиков А.И., Гришков А.И. Теория прокатки. -М.: Металлургия, 1970. 358 с.

52. Целиков А.И., Никитин Г.С., Рокотян С.Е. Теория продольной прокатки. М.: Металлургия, 1980. - 320 с.

53. Феодосьев В.И Сопротивление материалов. М.: Изд-во «Наука», 1972, 544 стр.

54. Хейн Вин Зо Экспериментальные исследования процесса раскатки труб // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. № 12, 2007, с. 11-14.