Исследование процессов формовки листовых и трубных заготовок в производстве крутоизогнутых патрубков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.05, кандидат наук Шемонаева, Елена Сергеевна

• Шемонаева, Елена Сергеевна
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Шемонаева, Елена Сергеевна

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР СПОСОБОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРУТОИЗОГНУТЫХ ПАТРУБКОВ И МЕТОДОВ РАСЧЕТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

1.1. Конструктивно-технологический анализ круто изогнутых патрубков

1.2. Существующие способы изготовления крутоизогнутых патрубков и методы расчета технологических параметров

1.2.1. Способы изготовления патрубков из трубных заготовок и методы расчета

1.2.2. Способы изготовления патрубков из листовых заготовок и методы расчета

1.2.3. Другие методы решения задач листовой штамповки

1.3. Выводы

1.4. Цель и задачи исследования

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ФОРМОВКИ ЛИСТОВЫХ И ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК В ПРОИЗВОДСТВЕ КРУТОИЗОГНУТЫХ ПАТРУБКОВ

2.1. Исходные положения и допущения

2.2. Исходные уравнения и методы решения

2.3. Разработка общей математической модели

2.4. Теоретические расчеты процесса формовки листовой заготовки

2.5. Теоретические расчеты процесса осесимметричной формовки трубной заготовки

2.6. Теоретические расчеты процесса неосесимметричной формовки предварительно изогнутой трубной заготовки

2.7. Разработка приближенного метода расчета при неосесимметричной формовке патрубка

2.8. Выводы

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ФОРМОВКИ КРУТОИЗОГНУТЫХ ПАТРУБКОВ

3.1. Оборудование, оснастка и инструмент, применяемые в ходе экспериментальных исследований

3.2. Формовка полуторов из листовых заготовок

3.3. Формовка крутоизогнутых патрубков из предварительно изогнутых трубных заготовок

3.4. Неосесимметричная формовка крутоизогнутых патрубков из прямолинейных трубных заготовок

3.5. Выводы

3.6. Технологические рекомендации по изготовлению крутоизогнутых патрубков из листовых и трубных заготовок

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Компьютерная программа для расчета процесса формовки листовых

заготовок

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Результаты теоретических исследований процессов формовки

полуторов из листовых заготовок

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Компьютерная программа расчета процесса формовки

предварительно изогнутой трубной заготовки

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Результаты теоретических расчетов осесимметричного процесса формовки круто изогнутых патрубков из предварительно изогнутых трубных заготовок.. 130 ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Компьютерная программа расчета процесса неосесимметричной

формовки предварительно изогнутой трубной заготовки

ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Результаты теоретических расчетов процесса неосесимметричной формовки крутоизогнутых патрубков из предварительно изогнутых трубных заготовок.. 138 ПРИЛОЖЕНИЕ 7. Результаты теоретического приближенного расчета несимметричной

формовки крутоизогнутого патрубка из прямолинейной трубной заготовки

ПРИЛОЖЕНИЕ 8. Результаты экспериментальных исследований по формовке

листовых заготовок

ПРИЛОЖЕНИЕ 9. Результаты экспериментальных исследований по формовке

предварительно изогнутых трубных заготовок

ПРИЛОЖЕНИЕ 10. Результаты экспериментальных исследований по несимметричной формовке трубных заготовок

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование процессов формовки листовых и трубных заготовок в производстве крутоизогнутых патрубков»

ВВЕДЕНИЕ

Гидравлические, газовые и топливные системы широко используются в различных изделиях машиностроения. Например, в современных летательных аппаратах общая длина трубопроводов в гидросистемах управления, топливных, масляных, воздушных и других коммуникациях, достигает нескольких километров. Для того чтобы смонтировать ветку системы трубопровода со всеми ответвлениями, с изгибом на нужный угол, с возможностью огибать препятствия необходимы такие элементы системы, как крутоизогнутые патрубки.

Крутоизогнутые патрубки изготавливают из трубных заготовок гибкой в инструментальных штампах или на специализированных трубогибочных станках, однако при изготовлении этими способами возникают такие дефекты, как преждевременное разрушение заготовки, овальность сечения или потеря устойчивости на внутреннем радиусе изгиба. Для предотвращения этих недостатков оборудование и оснастка должны предусматривать специальные поддерживающие и направляющие устройства, что значительно усложняет конструкцию оснастки.

При невозможности получения крутоизогнутых патрубков из трубных заготовок используют способы изготовления из листа двух половин крутоизогнутых патрубков (полупатрубков) с их последующей сваркой. Деформирование листовых заготовок осуществляют как жестким инструментом с использованием свинцово-цинковых штампов, так и с использованием универсальных (жидкостных, эластичных и газовых) пуансонов и матриц. Основные недостатки здесь связаны со сваркой (подгонкой кромок заготовок, зачисткой сварного шва, контролем и т.д.), что увеличивает трудоемкость изготовления деталей.

Общей острой проблемой в производстве патрубков остается повышенная разнотолщинность получаемых деталей, что ведет к избыточной массе изделий. Кроме того, относительно низкие предельные возможности формоизменения заготовок приводят к многопереходности обработки. В конечном итоге традиционные технологии ограничивают рост показателей качества крутоизогнутых патрубков по геометрическим и массовым характеристикам.

В теоретическом плане процессы формовки исследовались известными российскими и зарубежными учеными, среди которых Е.А. Попов, М.Н. Горбунов, Е.И. Исаченков, В.И. Ершов, Б.Н. Марьин, 3. Марчиняк, Э. Томсен, Ш. Кабояши и др. Несмотря на большое число работ, известные методы расчета носят в основном приближенный характер и связаны обычно только с расчетом силовых параметров процесса. Задачи, как правило, решены без учета оценки влияния основных технологических факторов на качество получаемых деталей: не определены факторы, которые обеспечивают управление разнотолщинностью получаемого изделия и позволяют уменьшить количество технологических переходов, нет зависимостей, позволяющих

учитывать упрочнение материала в условиях сложного нагружения, не учитываются геометрические параметры заготовки. Ряд задач по формовке крутоизогнутых патрубков из предварительно изогнутых трубных заготовок вообще не рассматривался.

Поэтому задача совершенствования технологии изготовления крутоизогнутых патрубков формовкой листовых и трубных заготовок и методов расчета технологических параметров является актуальной.

Представленная работа выполнена на кафедре «Технология производства летательных аппаратов» ФГБОУ ВПО «МАТИ - Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского», где проведены все теоретические, технологические и экспериментальные работы.

Объектом исследования являются детали типа крутоизогнутый патрубок (полупатрубок). Предметом исследования являются способы изготовления крутоизогнутых патрубков, методы расчета напряженно-деформированного состояния заготовки и методики расчета технологических параметров.

Целью диссертационной работы является разработка способов формоизменения и методик расчета технологических параметров в производстве крутоизогнутых патрубков, обеспечивающих снижение разнотолщинности, массы и числа технологических переходов. Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

- проведен обзор существующих способов изготовления крутоизогнутых патрубков из листовых и трубных заготовок и методов расчета технологических параметров;

- проведены теоретические исследования процессов формовки крутоизогнутых патрубков из листовых и трубных заготовок;

- разработаны уточненные математические модели и методики расчета технологических параметров процессов формовки при изготовлении крутоизогнутых патрубков, обеспечивающие расчеты сложного напряженно-деформированного состояния всех элементов заготовки на любом этапе деформирования и с учетом интенсифицирующих факторов (деформационного и скоростного упрочнения материала, а также геометрических параметров заготовки);

- созданы новые компьютерные программы для моделирования процессов формовки крутоизогнутых патрубков в различных условиях деформирования и расчета рациональных технологических параметров, обеспечивающих увеличение предельных возможностей штамповки и снижение разнотолщинности получаемых изделий;

с.

- проведены экспериментальные исследования для подтверждения адекватности разработанных теоретической и компьютерной моделей и исследования новых способов деформирования при формовке крутоизогнутых патрубков;

- сформулированы технологические рекомендации по изготовлению крутоизогнутых патрубков из листовых и трубных заготовок.

Методы проведения исследований основаны на использовании основных уравнений теории

пластичности, аналитических и численных методах интегрирования, а также базовых методах

обработки информации.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- установлены новые закономерности управления разнотолщинностью крутоизогнутых патрубков за счет использования в процессах формовки листовых и трубных заготовок с переменной толщиной стенки;

- разработаны методики расчета, позволяющие учитывать деформационно-скоростное упрочнение материала, геометрические параметры заготовки и ее расположение в матрице для расчета основных силовых и кинематических параметров процесса формовки в условиях сложного нагружения;

- обоснована возможность снижения разнотолщинности изделий и их массы путем использования специально подготовленных заготовок с переменной толщиной стенки;

- установлено количественное влияние технологических факторов на качество получаемых изделий в части снижения разнотолщинности изделий и уменьшения числа технологических переходов.

Практическое значение работы заключается в следующем:

- разработан новый способ изготовления трубопроводов с образованием крутоизогнутых колен повторяющейся формы, который не имеет ограничений по длине трубопровода;

- разработаны и реализованы в компьютерных программах математические модели, позволяющие рассчитать требуемые технологические параметры процесса формовки и обеспечивающие получение изделий с уменьшенной разнотолщинностью и массой;

- сформулированы технологические рекомендации, заключающиеся в специальном профилировании заготовки по толщине и рациональном размещении ее в матрице, что снижает разнотолщинность получаемых изделий в 2,0-2,5 раза, массу на 5-10% в зависимости от типоразмера, а также уменьшает количество технологических переходов;

- результаты исследований внедрены в учебный процесс кафедры «Технология производства летательных аппаратов» ФГБОУ ВПО «МАТИ - Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского».

Достоверность полученных результатов подтверждается согласованностью теоретических и экспериментальных исследований, а также внедрением в учебный процесс.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях и семинарах:

- Актуальные проблемы российской космонавтики: XXXVI Академические чтения по космонавтике, МГТУ им. М.Н. Баумана, г. Москва, 24-27 января 2012 г., секция №19 «Производство конструкций ракетно-космической техники»;

- Международная молодежная научная конференция XXXVIII Гагаринские чтения, МАТИ, г. Москва, 10-14 апреля 2012 г., секция №5 «Технология производства и сборки летательных аппаратов»;

- Симпозиум с международным участием «Самолетостроение России. Проблемы и перспективы», СГАУ, г. Самара, 2-5 июля 2012 г.;

- Всероссийская научно-техническая конференция Новые материалы и технологии-НМТ-2012, МАТИ, г. Москва, 20-22 ноября 2012 г., секция №3.1 «Технологии и оборудование для производства изделий машиностроения»;

- Актуальные проблемы российской космонавтики: XXXVII Академические чтения по космонавтике, МГТУ им. М.Н. Баумана, г. Москва, 29 января - 1 февраля 2013 г., секция №19 «Производство конструкций ракетно-космической техники»;

- Международная молодежная научная конференция XXXIX Гагаринские чтения, МАТИ, г. Москва, 9-13 апреля 2013 г., секция №5 «Технология производства и сборки летательных аппаратов»;

- .Актуальные проблемы российской космонавтики: XXXVIII Академические чтения по

космонавтике, МГТУ им. М.Н. Баумана, г. Москва, январь 2014 г., секция №19 «Производство конструкций ракетно-космической техники»;

Внедрение полученных результатов. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс кафедры «Технология производства летательных аппаратов» ФГБОУ ВПО «МАТИ - Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского».

Публикации. Основные результаты работы отражены в 17 публикациях, в том числе в 5-ти научных статьях, 2 из которых опубликованы в журналах рекомендованных ВАК, 1-ой заявке на патент, получившей положительное решение, 9-ти тезисах докладов, которые обсуждались на российских и международных научно-технических конференциях, 2-х научно-исследовательских отчетах.

Личный вклад соискателя состоит в том, что все теоретические, компьтерно-программные и экспериментальные исследования по диссертационной работе были выполнены соискателем лично.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Объем диссертации занимает 143 страницы машинописного текста, включает в себя 76 рисунков, 5 таблиц, 105 источников и 32 страницы приложений.

В первой главе приводится конструктивно-технологический анализ деталей типа крутоизогнутый патрубок. Дан обзор существующих способов изготовления крутоизогнутых патрубков из листовых и трубных заготовок, а также обзор методов расчета напряженно-деформированного состояния и технологических параметров процессов.

Во второй главе проводятся теоретические исследования процессов формовки крутоизогнутых патрубков из листовых и трубных заготовок. Разработана уточненная математическая модель, позволяющая рассчитать кинематику пластического течения процессов формовки листовых и трубных заготовок, влияние исходного распределения толщины заготовки на толщину получаемых изделий, определить связь между исходным расположением заготовки в оснастке и конечным распределением толщины. Разработан приближенный метод расчета процесса неосесимметричной формовки трубных заготовок. Представлены алгоритмы работы компьютерных программ для моделирования процессов формовки. Приводятся результаты теоретических расчетов.

В третьей главе приводятся результаты экспериментальных исследований процессов формовки листовых и трубных заготовок. Приводятся сведения об оборудовании, оснастке и методике проведения экспериментов. Представлены результаты, полученные в ходе исследований, проведен анализ полученных данных и дано их сопоставление с теоретическими расчетами.

На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований были сформулированы технологические рекомендации для изготовления крутоизогнутых патрубков формовкой листовых и трубных заготовок, позволяющие снизить разнотолщинность получаемых изделий и уменьшить трудоемкость их изготовления за счет сокращения числа технологических переходов.

1. ОБЗОР СПОСОБОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРУТОИЗОГНУТЫХ ПАТРУБКОВ И МЕТОДОВ РАСЧЕТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

1.1. Конструктивно-технологический анализ крутоизогнутых патрубков

Гидравлические, газовые и топливные системы широко используются в авиа- и ракетостроении. В современных летательных аппаратах общая длина трубопроводов в различных коммуникациях достигает нескольких километров (рис. 1.1). Для того чтобы смонтировать ветку системы трубопровода со всеми ответвлениями и изгибами необходимы различные соединительные элементы (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Типовые крутоизогнутые элементы соединительной арматуры

№ Эскиз Название Характеристика

1. Крутоизогнутый патрубок 0=20... 100 мм Я=(0,5...2,5)В

2. Крутоизогнутое колено Б=20...100 мм 11=(0,5...2,5)0

3. Крутоизогнутый переходник 0=10... 100 мм ЭЯ)1<2 а<90°

Трубопроводы являются элементами ответственного назначения, от их надежности зависит безотказность и ресурс изделия, поэтому должны иметь значительный ресурс по прочности. В настоящее время для изготовления трубопроводных систем используются в основном алюминиевые сплавы АМг2, АМгЗ, АМгб, титановые сплавы ОТ4, ПТ-7, а также сталь 12Х18Н10Т.

В данной работе исследуется изготовление тонкостенных соединительных элементов трубопроводов типа крутоизогнутый патрубок из алюминиевых сплавов (рис. 1.2). Детали этого типа служат для изменения направления ветки системы или для огибания препятствия. Основные технические требования, предъявляемые к крутоизогнутым патрубкам, приведены в таблице 1.2 [1-7].

промежуточный

Огреем,

иежбанооыи

Расходная магистраль 'О'

Отсек дирмД верхний

Отсек хв остояои нижний

Шаробаппон

Шаробалпон наддува

Рис.1.1. Общий вид трубопроводных систем в ракете-носителе «Ангара»

Рис. 1.2. Типовой крутоизогнутый патрубок: Вн - наружный диаметр патрубка; Явн - внутренний радиус изгиба; а - угол изгиба; 5 -толщина стенки патрубка; а и Ъ- длина прямолинейных участков

Таблица 1.2

Технические требования, предъявляемые к крутоизогнутым патрубкам

№ Требование Допустимые значения

1. Конструктивные размеры Явн=(0,5...1,5)£>„, DH =14...100 мм, 5=0,5...3,0 мм, а =45... 150°, а и b не менее 15±1 мм

2. Предельные отклонения радиуса изгиба Явн определяются инструментом

3. Отклонение от перпендикулярности торцов относительно прямолинейных участков 0,20...0,25 мм - в зависимости от наружного диаметра DH

4. Допускаемая овальность в зоне изгиба 1,2...3,0 мм - в зависимости от наружного диаметра D„

5. Утонение стенки готового изделия не более 15% от исходной толщины заготовки

6. Высота допускаемой волнистости (без утонения основного материала) 0,3...0,5 мм - в зависимости от наружного диаметра D„

7. Трещины не допускаются

8. Уменьшение внутреннего диаметра в месте изгиба 1,5...4,0 мм - в зависимости от наружного диаметра D„

9. Размер и предельные отклонения трубной заготовки допускаемая разнотолщинность для труб со средним наружным диаметром от 6 до 150 мм со средней толщиной стенки от 0,5 до 5,0 мм лежит в пределах ±7... 11%

10. Размер и предельные отклонения листовой заготовки допускаемая разнотолщинность для листового проката с толщиной стенки от 0,3 до 10,5 мм шириной от 600 до 2000 мм лежит в пределах ±1,8... 8,8%

11. Прочность не ниже прочности сборочной единицы, в

которую входит

12. Наружная поверхность риски, царапины и следы от разъема полуматриц допускаются не более 0,1 ...0,2 мм в зависимости от толщины стенки 5

13. Требования к стыковым соединениям с элементами трубопроводов под сварку толщина свариваемых кромок 0,6...3,0 мм в зависимости от диаметра изделия

За период эксплуатации трубопроводные системы авиационной техники должны выдерживать до 300000 циклов нагружения. При эксплуатации ракетно-космической техники ресурс, закладываемый в трубопроводные системы, может быть сопоставим с ресурсом авиационной техники, ввиду специфики ее производства. Это объясняется большим количеством промежуточных и окончательных испытаний, как отдельных элементов, так и всей системы в целом.

Крутоизогнутые патрубки, входящие в трубопроводные системы ракетоносителя, в процессе эксплуатации испытывают большое количество различных нагрузок: температурные, силовые, рабочие. По результатам испытаний на ресурс крутоизогнутые патрубки, изготовленные штамповкой из листа с последующей сваркой, выдерживают до разрушения приблизительно 600 циклов нагружения. Изделия, получаемые из трубных заготовок и не имеющие сварного шва, выдерживают около 200000 циклов [8].

В результате эксплуатации в патрубках возникают дефекты, которые могут привести к разрушению [9,10]:

- поперечные или продольные трещины, негерметичность сварного шва;

- местные ослабления в зонах изгиба;

- нарушение заданной геометрии;

- коррозионное поражение внутренних поверхностей;

Наибольшее число дефектов возникает в процессе изготовления элементов. К таким дефектам относятся [9-15]:

- утонение и разнотолщинность стенок в местах изгиба или перехода от одного диаметра к другому;

- овализация сечения, волнистость стенок;

- риски и царапины внутренних поверхностей;

- трещины, наплывы, непровары, поры, свищи и прочие дефекты, возникающие в процессе сварки.

1.2. Существующие способы изготовления крутоизогнутых патрубков и методы расчета

технологических параметров

В зависимости от радиуса изгиба, существуют различные способы изготовления патрубков (табл. 1.3). Крутоизогнутыми принято считать патрубки, имеющие радиус изгиба менее 1,5 диаметра проходного сечения. Поэтому в работе мы будем рассматривать только те способы, которые отвечают этому требованию, а также обеспечивают требуемые конструктивно-технологические параметры (табл. 1.2).

Рассмотрим более подробно способы получения крутоизогнутых патрубков из листовых и трубных заготовок, относящиеся к III группе.

Таблица 1.3

Способы получения патрубков в зависимости от радиуса изгиба

Группа Радиус изгиба Способ изготовления

1. Гибка вручную в трубогибочных приспособлениях.

2. Гибка на трубогибочных станках:

I Яв„>(2,5...3,0)Д, - в роликах; -обкаткой; - намоткой;

1. Способы гибки группы I с применением специальных

приемов:

II \,5DH<ReH<2,5DH - с использованием дорнов, оправок и наполнителей; - интенсификация нагревом, дополнительным нагружением. 2. Гибка в инструментальных штампах.

Из трубных заготовок:

1. Протягивание по рогообразному сердечнику.

2. Проталкивание в жесткую матрицу.

3. Гибка в инструментальных штампах с применением

специальных приспособлений.

III Re„<l,5DH 4. Формовка универсальными средами.

5. Гибка наматыванием на копир или обкаткой-раскаткой. Из листовых заготовок: 1. Различные способы листовой штамповки (вытяжка, обжим, формовка). 2. Гибка-прокатка. 3. Ротационная вытяжка.

1.2.1. Способы изготовления патрубков из трубных заготовок и методы расчета

Протягивание по рогообразному сердечнику. Способ протягивания по рогообразному сердечнику известен давно и в настоящее время является одним из наиболее применимых в производстве крутоизогнутых патрубков [16-23]. Сущность способа заключается в том, что трубная заготовка 1 в горячем состоянии протягивается по наружному контуру сердечника 2, имеющего переменный диаметр и форму рога (рис. 1.3). При этом деформирующее усилие Р действует на торец заготовки. Изгиб с одновременным растяжением в окружном направлении снижает возможность потери устойчивости на внутреннем радиусе изгиба за счет увеличения диаметра заготовки. При этом в меридиональном направлении возникает сжатие, за счет чего толщина после формоизменения близка к исходной.

Рис. 1.3. Схема процесса протяжки трубной заготовки по рогообразному сердечнику: 1 - сердечник, 2 - заготовка

Усилие Р, необходимое для протяжки заготовки по сердечнику можно определить по формуле [3]

Р = ^Рзаг, (1.1)

ч

где стГ0 - экстраполированный предел текучести, Я0 - радиус исходной трубной заготовки, 50 -

толщина стенки исходной трубной заготовки.

Диаметр исходной трубной заготовки можно определить по формуле

с1 = -

А,

А

2Л„,

(1.2)

Такой способ получения крутоизогнутых патрубков является весьма производительным и подходит для получения изделий средних и больших диаметров, в том числе тонкостенных.

Для устранения дефектов, возникающих в процессе протяжки по рогообразному сердечнику, используются следующие специальные способы:

- для предотвращения овальности сечения получаемого изделия используются рогообразные сердечники с продольными выступами на боковой поверхности формообразующего участка [20].

- для предотвращения разрывов на переднем торце заготовки выполняют скос под углом к продольной ее оси, а при гибке заготовку располагают относительно рогообразного сердечника острым углом скоса со стороны его образующей с вогнутым профилем максимальной кривизны [21].

- для получения тонкостенных изделий из труднодеформируемых материалов используется внешний нагрев [22].

Достоинством способа протягивания по рогообразному сердечнику является получение крутоизогнутых патрубков с одинаковой толщиной стенки по радиусу гиба, отсутствие гофров на внутреннем радиусе изгиба. Однако такой способ не позволяет получать детали сложных форм, например, с прямолинейными концевыми участками или рельефными выштамповками. Поскольку формоизменение происходит в нагретом состоянии, необходимо использование специального оборудования и нагревательных устройств. Это делает процесс длительным и весьма трудоемким, особенно для изделий с большим диаметром проходного сечения. Другим недостатком, который возникает из-за трения заготовки о пуансон, является низкое качество внутренней поверхности получаемого изделия (риски, задиры и т.п.).

Проталкивание в жесткую матрицу. Способ проталкивания в жесткую матрицу также широко применяется в производстве крутоизогнутых патрубков [6,9,17,18,24-32]. Сущность способа заключается в том, что трубную заготовку 1, имеющую дно и заполненную эластичным наполнителем 3, проталкивают в криволинейный ручей разъемной матрицы 2 усилием Р (рис. 1.4). Труба втягивается в канал матрицы, при этом изгибаясь. Давление наполнителя, создаваемое внутри трубы, предотвращает потерю устойчивости на внутреннем радиусе изгиба, что позволяет получать изделия без значительных утонений стенки. В качестве наполнителя используется жидкость или гибкие секционные оправки.

Рис. 1.4. Схема проталкивания трубной заготовки в жесткую матрицу: 1 - заготовка, 2 - разъемная матрица; 3 - наполнитель

Усилие проталкивания в этом случае можно определить по формуле [26]

2СГ0,2 К,

' Я ЫпаЛ

V *>Ф )

п

гоф

1 1

о п

у Л гоф внеш у

(1.3)

где сг02 - предел текучести материала; п - параметр упрочнения материала; Яг<)ф, пгоф -параметры образуемых гофров; Явнеш - внешний радиус изгиба; - площадь поперечного сечения наполнителя.

Для расширения возможностей этого процесса используется схема проталкивания трубной заготовки в жесткую матрицу с подпором (рис. 1.5). В этом случае трубная заготовка 2, заполненная эластичными гранулами 3 проталкивается в криволинейный ручей разъемной матрицы 4 усилием Р рабочего штока 1. При этом для предотвращения потери устойчивости и овализации сечения с другой стороны прикладывается усилие Р] через гибкую оправку 6 и подпорный шток 7 цилиндра 5, которое обеспечивает постоянное в течение всего процесса давление эластичного наполнителя 3 [6, 9, 23].

Рис. 1.5. Схема проталкивания трубной заготовки в жесткую матрицу с подпором: 1 - рабочий шток с пуансоном, 2 - трубная заготовка, 3 - эластичные гранулы, 4 -разъемная матрица, 5 - цилиндр, 6 - гибкая оправка, 7 - подпорный шток

Для получения крутоизогнутых патрубков таким способом у заготовки должна быть особая конфигурация (рис. 1.6). Угол скоса торцов заготовки вычисляется следующим образом

аск = агс1ё

2а

[кР - К„)

(1.4)

где Яср - радиус изгиба по средней линии.

При этом длина заготовки подбирается исходя из зависимости

= 7гЯсп + а + Ь.

сР 180

(1.5)

Рис. 1.6. Конфигурация трубной заготовки для проталкивания в жесткую матрицу с

подпором

Необходимые усилия проталкивания Р и подпора Р\ можно определить по формулам

Р = 5,(тД( +пН),

(1.6)

где тип - коэффициенты, зависящие от марки материала и радиуса изгиба, Н - высота части заготовки, находящейся под давлением эластичного наполнителя, мм.

где qн - давление эластичного наполнителя, С - коэффициент, зависящий от марки материала и

Для расширения технологических возможностей процесса используются различные специальные приемы [27-31]:

- профилирование заготовки для предотвращения образования трещин;

- профилирование канала матрицы полой втулкой для уменьшения гофрообразования;

- приложение дополнительных усилий через специальное приспособление к профилированному торцу заготовки для предотвращения гофрообразования;

- закручивание заготовки, одновременно с протягиванием через криволинейный ручей матрицы для предотвращения линейных деформаций по радиусам гибки;

- совмещение проталкивания в жесткую матрицу с одновременным протягиванием по жесткой оправке (сердечнику) препятствует образованию гофр на поверхности заготовки за счет зазора между матрицей и оправкой. Поскольку оправка разжимная, проблем с ее извлечением из готовой детали не возникает. Применяемая оснастка может использоваться на универсальном листоштамповочном оборудовании.

Описанный способ изготовления крутоизогнутых патрубков проталкиванием трубной заготовки в жесткую матрицу, заполненной наполнителем весьма эффективен и позволяет получить достаточно качественные тонкостенные детали. Однако в общем случае, процесс гибки проталкиванием в жесткую матрицу осуществляется на специализированных прессах, поскольку возникает необходимость создания дополнительных сжимающих или растягивающих усилий.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шемонаева, Елена Сергеевна, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ОСТ 92-0629-84. Патрубки крутоизогнутые бесшовные. Конструкция, размеры и технические требования. 28 с.

2. ГОСТ 18475-82. Трубы холоднодеформированные из алюминия и алюминиевых сплавов. - Введ. 1984-01-01. - М.: Издательство стандартов, 1993. - 18 с.

3. ОСТ 92-1602-93. Трубопроводы. Общие требования к сварке. 35 с.

4. ОСТ 92-1021 -81. Соединения сварные. Типы и конструкция. 66 с.

5. ГОСТ 14806-80*. Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов в инертных газах. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры. Введ. 198107-01. - М.: Издательство стандартов, 1991. - 36 с.

6. ОСТ 92-1559-83. Патрубки крутоизогнутые бесшовные. Типовой технологический процесс. 65 с.

7. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. / Редкол.: Г.А. Николаев (пред.) и др. -М.: Машиностроение, 1978 - т.2/под ред. А.И. Акулова. 1978. 462 е., ил.

8. О. М. Болтенкова, О. Ю. Давыдов, В. Г. Егоров. Испытания на ресурс элементов трубопровода. Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. №4(35). 2013. С. 134-137.

9. Изготовление трубопроводов гидрогазовых систем летательных аппаратов/Б.Н. Марьин, В.М. Сапожников, Ю.Л. Иванов и др. - М.: Машиностроение, 1998. - 400 с.

10. Системы оборудования летательных аппаратов: Учебник для студентов высших технических учебных заведений/М.Г. Акопов, В.И. Бекасов, В.Г. Долгушев и др.; под ред. A.M. Матвеенко и В.И. Бекасова. - 3-е изд., исправл. и доп. - М.: Машиностроение, 2005.-558 е.: ил.

11. YANG Не, LI Heng, ZHANG Zhiyong, ZHAN Mei, LIU Jing, LI Guangjun. Advances and Trends on Tube Bending Forming Technologies. Chinese Journal of Aeronautics, 25 (2012), pp. 1-12

12. Tian Shan, Liu Yuli *, Yang He. Effects of geometrical parameters on wrinkling of thin-walled rectangular aluminum alloy wave-guide tubes in rotary-draw bending. Chinese Journal of Aeronautics, 2013,26(1), pp. 242-248

13. Дефекты сварных швов / Деев Г.Ф., Пацкевич И.Р. - Киев: Наук. Думка, 1984. - 228 с.

14. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. / Редкол.: Г.А. Николаев (пред.) и др. -М.: Машиностроение, 1979 - т.4/под ред. Ю.Н. Зорина. 1979. 512 е., ил.

15. Атлас структур сварных соединений. Хорн Ф. Пер. с нем. М. «Металлургия», 1977. 288 с.

16. Патент СССР №34503, 7Ы8, 28.02.1934, H.A. Доллежаль, И.М. Бершадский. Утолщающийся к заднему концу криволинейный сердечник для изготовления из труб колен со стенками равной толщины путем проведения его через трубу.

17. Горбунов М.Н. Технология заготовительно-штампововчных работ в производстве самолетов. Учебник для вузов. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1981. -224 с.

18. Горбунов М.Н. Штамповка деталей из трубчатых заготовок. - М.: МАШГИЗ, 1960. - 190 с.

19. Современные технологии авиастроения/Коллектив авторов; под ред. А.Г. Братухина, Ю.Л. Иванова. - М.: Машиностроение, 1999. - 832 с.

20. Патент СССР, №975138, В21С37/28, 23.11.1982, Сериков C.B., Божко В.Ф., Мадудин В.Н., Толстых B.C., Шатров A.A., Кабуренков A.M. Инструмент для изготовления отводов из труб.

21. Патент СССР №1118452, B21D9/12, В21С37/28, 15.10.1984, Марьин Б.Н., Легенкин A.B., Бочериков В.И. Способ изготовления крутоизогнутых отводов.

22. Патент РФ №2119838, B21D9/12, 10.10.1998, Иванов Ю.Л., Марьин Б.Н., Муравьев В.И., Фролов П.В., Мещеряков А.Е., Макаров К.А. Устройство для изготовления крутоизогнутых отводов.

23. Макаров К.А., Марьин Б.Н., Петров A.M. Исследование процесса гибки-раздачи трубных заготовок по рогообразному сердечнику с нагревом// Кузнечно-штамповочное производство, 1992, №5, с. 4-6.

24. Половцев В.А., Генкин А.Г. Прогрессивные методы изготовления круто изогнутых участков трубопровода. Авиационная промышленность. 1971. №11, с.57-59.

25. Бунин В.И., Великанов В.А. исследование способа изготовления тонкостенных патрубков из сплава ОТ4-1. Авиационная промышленность. 1974. №4, с.52-53

26. Борисевич В.К., Эрбейгель С.А., Письменный Э.И., Сагалович И.И. Формообразование крутоизогнутых патрубков на универсальном гидропрессе. Авиационная промышленность. 1987. №10, с.41-43

27. Патент СССР №795609, В21С37/28, 15.01.1981, Ларионов А.Ю., Дементьев A.B. Способ изготовления изогнутых патрубков.

28. Патент СССР №1013021, B21D9/12, 23.04.1983, Родько С.Я., Андриенко A.M., Мацукин Ю.Г., Муравьев С.Д. Устройство для гибки труб.

29. Патент СССР №460919, В21С37/28, B21D9/12, 25.02.1975, Колесников Н.П., Ивлев Ю.Г., Калабушев В.Н., Кренделев J1.A. Способ формообразования изогнутых переходников.

30. Патент СССР №867459, B21D9/00, 30.09.1981, Хомяк Р.И., Бутрий Н.П., Паньков O.K., Питын JI.B. Способ гибки труб.

31. Патент РФ №2294807, B21D9/12, В21С37/28, 10.03.2007, Попов И.П., Маслов В.Д., Николенко К.А., Брусин В.Д., Михеев В.А., Хритин A.A. Устройство для формообразования крутоизогнутых отводов.

32. Попов И.П., В.Д. Маслов, К.А. Николенко. Формообразование тонкостенных крутоизогнутых отводов в жестких инструментальных штампах//Заготовительные производства в машиностроении. №1, 2007, с. 23-26

33. Грошиков А.И., Малафеев В.А. Заготовительно-штамповочные работы в самолетостроении. - М.: Машиностроение, 1976. - 440 с.

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

35. Патент СССР №114533, В21С37/28, B21D9/07, 01.01.1958, Фролова В.Н., Вавулин А.Н. Способ изготовления бесшовных крутоизогнутых фитингов.

36. Патент СССР №118689, B21D9/03, 01.01.1959, Ничик Г.П., Кочкарев H.H. Составной сердечник для штамповки угольников из труб.

37. Патент СССР №442869, В21С37/28, 15.09.1974, Мошнин E.H., Ромашко Н.И., Однодушный В.А., Николаев В.П. Способ штамповки крутоизогнутого колена.

38. Патент СССР №202048, В21С37/28, 14.09.1967, К.К. Корнаев, В.Н. Фролов, Э.А. Сизов. Способ изготовления соединительных трубных элементов.

39. Патент РФ №2391166, В21С37/28, B21D37/02, 22.09.2008, Егоров В.Г., Голуб В.В., Кочегаров А.И., Болтенкова О.М. Штамп для формообразования полых деталей из трубных заготовок.

40. Patent US №5697155, В23Р17/00, 16.12.1997, Henning Bioecker, Pierre Bonny, Thomas Huelsberg,Thoralf Nehls, Ralf Puenjer, Eckhard Reese, Heinz-Ruediger Otte. Method of manufacturing bganched pipe by internal high-pressure forming

41. Егоров В.Г., Попенко B.C., Щавелев Л.Н. Штамповка сварных крутоизогнутых участков тонкостенных титановых трубопроводов. Кузнечно-штамповочное производство. 1994.

ч №12. с. 12-15

42. Патент СССР №1523226, B21D26/02, В21С37/28, 23.11.1989, Пашкевич А.Г., Орехов A.B. Способ изготовления тонкостенных крутоизогнутых патрубков.

43. Патент РФ №1492558, B21D9/00, 27.05.1995, Петухов Г.А. Способ гибки труб.

44. Патент СССР №837469, B21D9/00, 15.06.1981, Фомин М.З., Асвобудинов Б.А. Способ гибки труб.

45. Патент РФ №2062157, B21D9/00, B21D11/06, 20.06.1996, Сизов Е.С. Способ гибки многоколенных изделий.

46. Патент РФ №2047405, B21D9/00, B21D9/08, B21D22/02, 10.11.1995, Егоров В.Г., Захарченко Н.Д., Серпухов В.Н. Способ формообразования крутоизогнутых патрубков и штамп для его осуществления.

47. Патент СССР №633635, В21С37/15, B21D31/04, B21D41/02, 26.11.1978, А.Г. Пашкевич,

A.В. Орехов, Ю.П. Тюпич. Способ изготовления тонкостенных крутоизогнутых отводов.

48. Патент СССР №795608, В21С37/28, 15.01.1981, В.И. Ершов, В.И. Глазков, М.Ф. Каширин, А.Д. Ковалев, В.В. Шелепчиков, В.В. Локалин. Способ изготовления тонкостенного патрубка.

49. Патент РФ №2465087, B21D9/08, 04.08.2011, Комаишко С.Г., Комаишко А.Г., Кулик Г.Н., Моисей М.В., Суздаль К.В., Тонконог А.Ю. Способ изготовления крутоизогнутых отводов из высоколегированной стали.

50. Чумадин А.С., Ершов В.И., Шемонаева Е.С. и др. Разработка технологий изготовления деталей РКТ с помощью универсальных (эластичных и воздушных) сред, а также методами ротационной вытяжки. Отчет по научно-исследовательской работе. ФГУП НИЧ МАТИ, тема №3505, Москва 2011 г.

51. Патент СССР №940918, B21D9/00, 07.07.1982, А.В. Волков. Устройство для гибки тонкостенных труб.

52. Патент СССР №1232328, B21D9/00, B21D 9/04, 23.05.1986, А.Ф. Савенко, Г.А. Безымянный, А.А. Иванов, А.Н. Усенко. Устройство для гибки труб.

53. Патент РФ №2354478, B21D9/05, 13.11.2007, Короткое В.А., Панкратов А.В., Прейс

B.В.. Способ гибки тонкостенных труб и устройство для его осуществления.

54. Yan Jing, Yang Не, Zhan Mei, Li Heng. Forming Characteristics of Al-alloy Large-diameter Thin-walled Tubes in NC-bending Under Axial Compressive Loads. Chinese Journal of Aeronautics 23(2010), pp. 461-469

55. LI Heng, YANG He. A Study on Multi-defect Constrained Bendability of Thin-walled Tube NC Bending Under Different Clearance. Chinese Journal of Aeronautics, 24 (2011), pp. 102112

56. Корнилов B.A. Совершенствование технологии многоколенной пространственной гибки труб проталкиванием на роликовой машине. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук, Москва, 2013, с.22

57. Патент СССР №818707, B21D9/14, 07.04.1981, С.Г. Лакирев, В.В. Леванидов, Я.М. Хилькевич. Способ гибки труб.

58. М. Strano. Automatic tooling design for rotary draw bending of tubes. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, (2005) 26, pp.733-740

59. Патент СССР №439327, B21C37/28, 15.08.1974, Павлов Ю.К. Штамп для изготовления заготовки торовой оболочки.

60. Патент СССР №1741948, В21С37/28, 23.06.1992, Дженчельский Е.М. Штамп для изготовления тонколистовых торообразных элементов.

61. Патент СССР №1518047, В21С37/28, 10.06.1987, Медведев И.В., Корчагин И.Г. Способ изготовления криволинейных в плане отводов.

62. Патент СССР №1503926, В21С37/28, 30.08.1989, Чеканов В.М., Нефедов С.П., Турукин Л.В. Способ изготовления патрубков.

63. Совершенствование формоизменяющих операций листовой штамповки/В.И. Ершов, В.И. Глазков, М.Ф. Каширин. - М.: Машиностроение, 1990. - 312 с: ил.

64. Патент РФ №2242320, B21J1/04, B21D22/20, B21D51/10, 19.02.2002. Способ штамповки полых деталей из плоских листовых заготовок и устройство для его осуществления.

65. Кухарь В.Д., Петрова A.B. Кинематика процесса вытяжки полуторовой детали из плоской кольцевой заготовки. Известия ТулГУ. Технические науки. 2011. Вып. 6. Ч. 2. С. 238-244

66. Кухарь В.Д., Бойко O.A. Моделирование процесса штамповки детали типа «полутор» из плоской кольцевой заготовки. Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 1. С. 502507

67. Кухарь В.Д., Бойко O.A. Моделирование процесса штамповки детали типа «полутор» из плоской заготовки. Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 1. с. 508-514

68. Галкин Е.В., Анохин А.О. Производство полусферических, цельнотянутых, тонкостенных оболочек из алюминиевых сплавов с применением метода глубокой вытяжки пластичным пуансоном по жесткой матрице. Новые материалы и технологии-НМТ-2012. Материалы Всероссийской научно-технической конференции. Москва, 20-22 ноября 2012 г. - М.: МАТИ, 2012. - с.4-5

69. Штамповка резиной и жидкостью. Исаченков Е. И. - М.: Машиностроение. 1967 - 367 с.

70. Чумаченко E.H., Смирнов О.М., Цепин М.А. Сверхпластичность: материалы, теория, технологии / Предисл. Г.Г. Малинецкого. -М.: КомКнига, 2005. - 320 с.

71. Patent US №3807009, B21D53/00, В21К29/00, В23Р15/26, 30.04.1974, John Davis Bertil Ostbo. Method of manufacturing curved tube sections and the like.

72. Пашкевич А.Г., Орехов A.B., Кондратьев М.В. Пневмотермическая формовка ячеистых конструкций / Авиационная промышленность. 1981. №1. с.46-47

73. Пашкевич А.Г., Орехов A.B. и др. Пневмотермическая формовка коробчатых деталей. Кузнечно-штамповочное производство, 1978, №3, 21-23

74. A.M. Горленко, А.К. Шмаков, A.B. Колесников. Опыт внедрения и перспективы применения технологических процессов формообразования тонколистовых деталей JI.A. из труднодеформируемых материалов в режиме сверхпластичности в авиастроении//Высокоэффективные технологии проектирования, конструкторско-технологической подготовки и изготовления самолетов: материалы Всероссийского с международным участием научно-практического семинара (Иркутск, 9-11 ноября 2011 г.) / Под общ. ред. А.Е.Пашкова. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2011. 150 е., с. 121-129

75. Ларин С.Н. Технологические процессы формообразования однослойных оболочек газом. Известия ТулГУ. Технические науки. 2010. Вып. 3. С. 134-137

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

77. Яковлев С.С., Кухарь В.Д., Ремнев К.С., Талалаев А.К. Технологический процесс изготовления полуторовых днищ. Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 2. С. 148-154

78. Патент СССР №288921, В21С37/15, 08.12.1970, В.И. Варенцов, В.А. Шеремет, Л.И. Берлингер, С.Н. Невский, А.З. Постников. Способ формовки отводов трубопроводов.

79. Патент СССР №236407, В21С37/28, 21.03.1972, В.К. Парахин. Способ изготовления штампосварных угольников.

80. Патент СССР №286711, В21С37/28, 21.03.1972, E.H. Мошнин, В.К. Парахин. Способ изготовления отводов трубопроводов.

81.L.M. Alves, P.A.F. Martins. Forming of thin-walled tubes into toroidal shells. Journal of Materials Processing Technology. Vol. 210, 2010, pp. 689-695

82. Патент СССР №421392, B21C37/15, B21C37/28, 30.03.1974, В.И. Ершов, Н.Д. Ливенко. Способ изготовления полуторов.

83. Патент СССР №428819, B21D5/14, В21С37/28, 25.05.1974, В.И. Ершов, Н.Д. Ливенко. Устройство для получения полуторов.

84. Патент СССР №526411, В21С37/28, B21B9/I2, 30.08.1976, В.М. Блехеров, В.Г. Голубков, АЛ. Коновалов, В.И. Гундырев. Способ изготовления трубных отводов.

85. Давильные работы и ротационное выдавливание. М.А. Гредитор, М., «Машиностроение», 1971, стр. 239.

86. Могильный Н.И. Ротационная вытяжка оболочковых деталей на станках., М., «Машиностроение», 1983,192с.

87. Чумадин A.C. Теория и расчеты процессов листовой штамповки (для инженеров). - М., «Экспосервис "ВИП"», 2012.- 196 с.

88. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. - М.: Машиностроение, 1977. - 278 с.

89. Безухов Н.И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. М.: "Высшая школа", 1961,538 с.

90. Ильюшин A.A. Пластичность. - М - Л. ГИТТЛ, 1948. - 376 с.

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

92. Малинин H.H. Прикладная теория пластичности и ползучести. - М.: Машиностроение, 1975.-278 с.

93. Смирнов - Аляев Г.А., Розенберг В.М. Теория пластических деформаций металлов. -М.-Л.: ГНТИМЛ, 1956. - 368 с.

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

95. Смирнов - Аляев Г.А., Механические основы пластической обработки металлов. - М.: Издательство «Машиностроение», 1968. - 272 с.

96. Филин А.П. Элементы теории оболочек. - Л.: Стройиздат, 1975. - 256 с.

97. Болтенкова О.М. Разработка процессов гибки тонкостенных крутоизогнутых патрубков проталкиванием и раздачей трубных заготовок. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук, Воронеж, 2013, с. 16

98. Давыдов О.Ю., Егоров В.Г., Кочегаров А.И.. Моделирование кинематики пластического течения при гибке патрубков раздачей. Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета, №3(19), 2009, с.96-100

99. Болтенкова О.М. Моделирование равномерного пластического течения при гибке патрубков. Вестник ВГУИТ, №2, 2013, с. 80-83

100. Николенко К.А. Формообразование тонкостенных крутоизогнутых отводов в инструментальных штампах. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Самара, 2008, с. 170

101. H. Lia, H. Yang, J. Yan, M. Zhan. Numerical study on deformation behaviors of thin-walled ч tube NC bending with large diameter and small bending radius. Computational Materials

Science. Volume 45, Issue 4, June 2009, Pages 921-934

102. Хемминг P. В. Численные методы для научных работников и инженеров - Изд.: Наука, 1972,399 с.

103. Hosford William F., Caddell Robert M. Metal forming: mechanics and metallurgy. Cambridge University Press, New York. 2007. p. 312

104. Z. Marciniak, J.L. Duncan, S.J. Hu. Mechanics of Sheet Metal Forming. ButterworthHeinemann, Oxford. 2002. p. 211

105. Заявка на изобретение №2013135678, 31.07.2013. Чумадин А.С., Шемонаева Е.С. и др. Способ гибки с образованием колен повторяющейся формы.