Исследование процессов обжима и раздачи трубных заготовок при изготовлении деталей летательных аппаратов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.02, кандидат технических наук Шпорт, Роман Вячеславович

• Шпорт, Роман Вячеславович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шпорт, Роман Вячеславович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Анализ существующих процессов изготовления осесимметричных и неосесимметричных деталей обжимом и раздачей трубных заготовок.

1.2. Анализ основных путей интенсификации процессов обжима и раздачи в производстве тонкостенных осесимметричных и неосесимметричных деталей.

1.3. Оборудование и технологическая оснастка для обжима и раздачи трубных заготовок.

1.3.1 .Оборудование и оснастка для ротационного обжима.

1.3.2. Оборудование и особенности конструкции штамповой оснастки для обжима.

1.3.3. Особенности конструкции штамповой оснастки для раздачи трубных заготовок.

1.4. Обзор предшествующих теоретических исследований процессов раздачи и обжима трубных заготовок.

1.4.1. Напряженно-деформированное состояние при раздаче концевых участков труб на жестком пуансоне.

1.4.2. Напряженно-деформированное состояние при обжиме концевых участков труб по жесткой матрице.

1.4.3. Теоретические решения неосесимметричных задач.

1.5. Краткие выводы и задачи исследования.

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ОБЖИМА И РАЗДАЧИ ТРУБ В УСЛОВИЯХ ОСЕВОЙ

СИММЕТРИИ ОЧАГА ДЕФОРМАЦИИ.

2.1. Исследование процесса обжима труб в жесткой матрице.

2.2. Теоретические исследования процесса раздачи труб по жесткому пуансону.

Глава 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ

НЕОСЕСИММЕТРИЧСНЫХ ОБЖИМА И РАЗДАЧИ ТРУБ.

3.1. Исследование процесса неосесимметричного обжима.

3.2. Теоретические исследования процесса раздачи труб по жесткому пуансону.

3.3. Выводы по результатам теоретических исследований.

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

4.1. Условия проведения экспериментов.

4.2. Предварительные экспериментальные исследования.

4.2.1. Экспериментальные исследования процесса осесимметричной раздачи.

4.2.2. Экспериментальные исследования процесса осесимметричного обжима.

4.2.3. Экспериментальные исследования процесса неосесимметричной раздачи.

4.3. Экспериментальные исследования осесимметричного деформирования.

4.3.1. Экспериментальные исследования процесса осесимметричной раздачи.

4.3.2. Экспериментальные исследования процесса осесимметричного обжима.

4.4. Экспериментальные исследования неосесимметричного деформирования.

4.4.1. Экспериментальные исследования неосесимметричной раздачи.

4.4.2. Экспериментальные исследования неосесимметричного обжима.

4.5. Выводы по результатам экспериментальных исследований.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование процессов обжима и раздачи трубных заготовок при изготовлении деталей летательных аппаратов»

Важнейшей задачей, стоящей перед авиа- и ракетостроением, является интенсификация существующих, разработка и освоение новых технологических процессов, обеспечивающих повышение производительности труда, качества изделий и эффективности производства. Ведущее место в этом принадлежит процессам листовой штамповки, методами которой изготавливается до 75 — 80 % деталей планера летательного аппарата.

В последние годы в производстве деталей летательных аппаратов все острее стоят проблемы, связанные с сокращением доли ручных и доводочных работ, уменьшением общей трудоемкости изготовления деталей и изделия в целом, повышением коэффициента использования материала, улучшением труда рабочих и др. Вместе с тем неуклонно повышают требования к качеству изготавливаемых деталей: точности геометрических параметров, равно-толщинности, равнопрочности, к весовым характеристикам.

Расчеты показывают, что уменьшение веса планера летательного аппарата на 2 — 3 % увеличивает дальность полета на 6 — 8 % при той же полезной нагрузке. Это приводит к необходимости использования в конструкции летательного аппарата деталей и узлов с минимальной избыточной массой и повышенными механическими характеристиками.

Решение задачи получения детали с минимальной избыточной массой не может осуществляться в отрыве от их эксплуатационных качеств и экономической эффективности производства. Комплексное решение указанных задач возможно только путем разработки новых и совершенствования существующих технологических процессов изготовления деталей, которые наряду с экономической, эффективностью производства обеспечивали бы в деталях комплекс требуемых характеристик. Это в свою очередь требует совершенствования существующих методов расчета напряжений и деформаций, возникающих при формоизменении заготовки.

В диссертационной работе приведены результаты дальнейшего исследования способов формоизменения трубных заготовок — процессов обжима и раздачи.

Работа является одним из направлений в комплексе исследований, осуществляемых сотрудниками кафедры «Технология производства летательных аппаратов» МАТИ-РГТУ им: К.Э. Циолковского.

При решении теоретических задач использованы работы: М.В. Сто-рожева, Е.А. Попова, М.Н. Горбунова, Г.А. Смирнова-Аляева, Н.Н. Малини-на, А.А. Ильюшина, Е.И. Исаченкова, А.Д. Матвеева, В.И. Ершова, О.В. Попова, В.И. Глазкова, А.С. Чумадина и других авторов.

Целью работы является сокращение сроков технологической подготовки производства и трудоемкости изготовления деталей летательных аппаратов, получаемых неосесимметричными обжимом и раздачей трубных заготовок.

Методика, материалы, условия исследований. Теоретический анализ процессов обжима и раздачи выполнен с использованием теории пластичности и вариационных методов' расчета. Экспериментальные исследования проведены на натурных образцах и макетах в лабораторных условиях, в условиях опытного производства и мелкосерийного производства.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- разработана новая математическая модель и метод расчета напряженно-деформированного состояния при обжиме и раздаче трубных заготовок в условиях неосесимметричного деформирования;

- разработана методика для обоснования выбора схемы деформирования и определения оптимальных технологических параметров исследуемых процессов;

- предложены эффективные пути оптимизации форм и размеров штамповой оснастки.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- разработаны новые способы деформирования заготовок и рекомендации по разработке перспективной штамповой оснастки, обеспечивающие сокращение сроков технологической подготовки производства и трудоемкости изготовления деталей; разработаны программы расчета на ЭВМ напряженно-деформированного состояния заготовок, которые могут быть использованы для обоснования выбора схемы процесса обжима или раздачи, расчета технологических параметров процесса и устройств для его реализации;

- предложены упрощенные формулы для расчета основных технологических параметров процессов обжима и раздачи.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Международной молодежной научной конференции «XXXIV Гагаринские чтения», XXXII академических чтениях по космонавтике, Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии» в 2008 г., изложены в научных статьях, приведенных в списке публикаций.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 6 работах, в том числе 2 статьях в журнале, рекомендованном ВАК.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложения.

Заключение диссертации по теме «Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов», Шпорт, Роман Вячеславович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Анализ существующих способов изготовления деталей обжимом и раздачей трубчатых заготовок показал, что усложнение форм деталей, повышение требований к точности и качеству их изготовления при сокращении ручных доводочных работ, использование современных высокопрочных материалов требует совершенствования, используемых в настоящее время, оборудования, технологических процессов и методов расчета технологических параметров.

2. С использованием вариационных методов теории пластичности построены уточненные математические модели и методы расчета напряженно-деформированного состояния- при обжиме и раздаче трубных заготовок в условиях осесимметричного и неосесимметричного деформирования. Полученные теоретические зависимости позволяют определить изменение толщиньг и длины заготовки в очаге деформации, а также усилие деформирования в зависимости от геометрических размеров пуансона и заготовки.

3. На базе полученной математической модели разработано программное обеспечение для ЭВМ для обоснования выбора схемы процесса обжима или раздачи, расчета оптимальных технологических параметров и устройств, обеспечивающих получение деталей необходимого качества и требуемых геометрических размеров.

4. В результате проведения экспериментальных исследований были подтверждены принятые в теоретическом анализе допущения и предположения, уточнено влияние механических свойств материала на распределение удлинений. Определены силовые параметры исследуемых процессов. Погрешность в расчете технологических параметров не превышает 15-20%.

5. Предложены эффективные пути оптимизации форм и размеров штамповой оснастки для реализации разработанных процессов в промышленности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шпорт, Роман Вячеславович, 2009 год

1. Технология самолетостроения / A.JL Абибов, Н.М. Бирюков, В.В. Бойцов и др. — М.: Машиностроение, 1970. — 598 с.

2. Тонкостенные оболочки конструкции / Под ред. Э.И. Григолюка, пер. с английского. — М.: Машиностроение, 1980. 607 с.

3. Белянин П.Н. Производство широко фюзеляжных самолетов. — М.: Машиностроение, 1979. -358 с.

4. Горбунов М.Н. Основы технологии производства самолетов. — М.: Машиностроение, 1976. — 260 с.

5. А. с. 511127СССР, МКИ В21 Д22/18. Способ изготовления толстостенных днищ / Березин И.В. 1976.

6. Степанов В.Г., Шавров И.А. Высокоэнергетические импульсные методы обработки металлов. — Л.: Машиностроение, 1975. — 278 с.

7. Анучин М.А., Антоненков Ю.П., Жбанов Ю.П. Штамповка взрывом. -М.: Машиностроение, 1972. 149 с.

8. Штамповка элементов корпусных конструкций / В.Г. Степанов, М.В. Брук, В.П. Понкратов и др. JL: Машиностроение, 1972. —279 с.

9. Романовкий В.П. Справочник по холодной штамповке. — JL: Машиностроение, 1979. 520 с.

10. Мошнин Е.Н. Технология штамповки крупногабаритных деталей. — М.: Машиностроение», 1973. 240 с.

11. Гредитов М.А. Давильные работы и ротационное выдавливание. — М.: Машиностроение, 1971. 232 с.

12. Зубцов М.Е. Листовая штамповка. — Л.: Машиностроение, 1980. —432 с.

13. Patent 3895436 U.S., CI. В23 ЛЗ/02. Forming metal / L.E. Summers, J.F. Cornu-Rickard, D.S. Underhill. 1975.

14. Горбунов М.Н. Штамповка деталей из трубчатых заготовок. — М.: Машгиз, 1960. 190 с.

15. Исаченков Е.И. Штамповка резиной и жидкостью. М.: Машгиз, 1962.-328 с.

16. Petersen W.A., Lang F.N. Forming superplastic alloys by internal'pressure // Metals Engineering Qnarterly. February, 1975. P. 31-32.

17. Соловцов C.C. Значение трубных заготовок и местного подогрева для сокращения трудоемкости формоизменяющих операций // Новое в технологии высокопроизводительной штамповки: сборник статей. — М.: Машгиз, МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1959. С. 106-130.

18. Исаченков Е.И. Развитие технологических процессов штамповки эластичными и жидкими средами // Кузнечно-штамповочное производство, 1981,№9.-С. 20-30.

19. Горбунов М.Н. Технология заготовительно-штамповочных работ в производстве летательных аппаратов. — М.: Машиностроение, 1970. 351 с.

20. Абрамов A.M. Исследование процесса формообразования оболочек замкнутых контуров растяжением // Новое в технологии штамповки: сборник статей «Труды МАТИ, №65». М.: Машиностроение, 1966. - С. 60-85.

21. А. с. 735357 СССР. Штамп для раздачи конических заготовок / Ю.Л. Поляков. 1980, БИ №19.

22. А. с. №738719 СССР. Штамп / А.Ю. Аверкиев, А.Н. Шипилов. 1980, БИ№21.

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

24. А. с. 1044388 СССР, МКИ В21Д41/02. Инструмент для формовки раструбов на концах полых цилиндрических заготовок / В.К. Удовенко, Г.Е. Игнатов, В.З. Баскелович и др. 1983.

25. Исаченков Е.И. Штамповка резиной и жидкостью. — М.: Машиностроение, 1967. 367 с.

26. Ходырев В.А. Проектирование, изготовление и эксплуатация штампов полиуретаном. Пермь, 1975. — 369 с.

27. А. с. 835568 СССР, МКИВ21Д22/10. Способ формовки полых деталей эластичным пуансоном в жесткую матрицу / А.П. Бельков, В.А. Ходырев, Н.П. Пелечева. 1981.

28. А. с. 635665 СССР. Способ раздачи труб / Е.А. Близнюков, Д.Е. Рохман. 1979, БИ№23.

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

30. А. с. 182096 СССР. Способ изготовления деталей типа дисков и от-бортовок у труб с использованием центробежных сил / А.В. Алтыкин, Г.А. Лившиц, В.П. Рабинович. 1972, БИ №27.

31. Горбунов М.Н. Значение местного нагрева заготовки в повышении производительности процессов листовой штамповки // Новое в технологии высокопроизводительной штамповки: сборник статей. — М.: Машгиз, МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1959. С. 85-105.

32. Ершов В.И. Об одном способе расширения технологических возможностей осесимметричного деформирования // Известия вузов. Авиационная техника, 1974, №4. С. 45-50.

33. Горбунов М.Н., Глазков В.И. Раздача трубчатых заготовок с подпором по кромке // Кузнечно-штамповочное производство, 1986, №8. — С. 22-26.

34. Интенсификация процессов раздачи полых цилиндрических заготовок / А.Г. Пашкевич, В.И Глазков, В.И. Ершов и др. // Кузнечно-штамповочное производство, 1975, №7. С. 17-19.

35. А. с. 462633 СССР. Штамп для раздачи с подпором трубчатых заготовок / В.И. Ершов, В.И. Глазков, А.Д. Ковалев и др. 1975, БИ №9.

36. А. с. 719760 СССР. Штамп для раздачи труб / А.Г. Пашкевич, А.В. Орехов, Н.Ю. Каратаева и др. 1980, БИ №9.

37. А. с. №735358 СССР. Устройство для раздачи тонкостенных конических оболочек / В.И. Глазков, В.И. Ершов, М.Ф. Каширин и др. 1980, БИ№19.

38. Фролов В.Н. Гидравлическая вытяжка гофров в полой цилиндрической заготовке // Вестник машиностроения, 1956, №10. С. 51-54.

39. Исаченков Е.И. Новые способы штамповки-вытяжки М. — JL: Маш-гиз, 1955.-52 с.

40. А. с. 631242 СССР. Устройство для гидравлической раздачи труб с осевым подпором / В.И. Степунин, O.JI. Толоконников, А.И. Родинов и др. 1978, БИ №41.

41. А. с. 946728 СССР, МКИ В21Д22/10. Штамп для раздачи эластичной средой цилиндрических заготовок с осевым подпором / Н.В. Потекушин. 1982

42. А. с. 854516 СССР, МКИ В21 Д41/02 Устройство для раздачи тонкостенных оболочек / В.И. Глазков, В.И. Ершов, М.Ф. Каширин и др. 1981, БИ №30.

43. Способ штамповки конических заготовок / В.К. Моисеев, В.Д. Щеголеватых, А.Д. Комаров и др. Положительное решение по заявке № 2587329/25-27. 1978.

44. А. с. 615995 СССР, МКИ В21Д22/10. Инструмент для листовой штамповки / В.К. Моисеев, В.Д. Щеголеватых, А.Д. Комаров и др. 1978.

45. А. с. 893337 СССР. Способ раздачи труб / В.И. Глазков, В.И. Ершов, М.Ф. Каширин. 1981, БИ № 48.

46. Шофман JI.A. Теория и расчеты процессов холодной штамповки. — М.: Машиностроение, 1964. — 375 с.

47. Соловцов С.С. Исследование формовки удлиненных фасонных деталей с замкнутыми поперечными сечениями // Сборник трудов Московского станкостроительного инструмента, 1958, №4. С. 183-221.

48. Соловцов С.С. Исследование рациональных методов штамповки гильз протезов: автореф. дисс. . канд. техн. наук. —М., 1959. — 15 с.

49. Попов Е.А. Анализ операций осесимметричного обжима, раздачи и отбортовки // Основы теории обработки металлов давлением / Под ред. М.В. Сторожева. М.: Машгиз, 1959. - С. 423-441.

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

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

52. Казакевич И.И. Расчеты процессов обжима и раздачи труб // Вестник машиностроения, 1959, № 6. — С. 48-51.

53. Ильюшин А.А. Пластичность. M.-JL, 1948. Ч. 1. - 376 с.

54. Лебедев Н.Ф. Об обжатии, раздаче и волочении труб // Инженерный сборник. АН СССР, ОНТ, 1950. - Т. VI. - С. 3-16.

55. Бубнова JI.B., Малинин Н.Н. Напряжения и деформации при формоизменении тонкостенных труб // Известия вузов. Машиностроение. 1965, № 10.-С. 199-203.

56. Звороно Б.П. Определение напряжений и деформаций приближенным интегрированием по правилам трапеций и прямоугольников // Основы теории обработки металлов давлением / Под ред. М.В. Сторожева. — М.: Машгиз, 1959. С. 349-368.

57. Глазков В.И. Исследование процесса раздачи тонкостенных трубчатых заготовок с осевым подпором: автореф. дисс. . канд. техн. наук. — М.: МАТИ, 1968.-24 с.

58. Ершов В.И. Раздача трубчатых заготовок при переменном сопротивлении деформированию // Кузнечно-штамповочное производство, 1965, №2.-С. 14-19.

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

60. Чумадин А.С. К расчету напряженно-деформированного состояния при листовой штамповке // Кузнечно-штамповочное производство, 1987, № 8. С. 27-29.

61. Ильюшин А.А. Обжатие труб // Инженерный сборник АН СССР.1941.-Т. 1. Вып. 1.

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

63. Теория обработки металлов давлением / И.Я. Тарновский, А.А. По!здеев, О.А. Гонаго и др. — М.: Металлургиздат, 1963. — 745 с.

64. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением: учебник для вузов. М.: Металлургия, 1986. - 688 с.

65. Ершов В.И. и др. Совершенствование формоизменяющих операций листовой штамповки / В.И. Ершов, В.И. Глазков, М.Ф. Каширин. — М.: Машиностроение, 1990. 312 с.