Разработка и исследование технологии ротационной вырубки листовых деталей летательных аппаратов давлением полиуретана тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.05, кандидат технических наук Громова, Екатерина Георгиевна

• Громова, Екатерина Георгиевна
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Громова, Екатерина Георгиевна

Введение

1 Анализ состояния вопроса, цель и задачи исследований

1.1 Номенклатура листовых деталей летательных аппаратов, изготовляемых методами разделительной штамповки

1.2 Традиционные методы разделительной штамповки, особенности и технологические возможности их использования в заготовительно - штамповочном производстве JI.A.

1.3 Существующие методы разделительной штамповки с использованием квазистатического давления полиуретана, их недостатки.

1.4 Современное состояние методов теоретического расчета деформационно-силовых характеристик эластомера и листовых заготовок в процессах разделительной штамповки

1.5 Анализ деформационных схем ротационного воздействия эластичного инструмента на заготовку и интенсификация ротационного способа разделительной штамповки

1.6 Выводы

1.7 Цель и задачи исследований

2 Математическое моделирование и численные исследования ротационной разделительной штамповки листовых деталей давлением полиуретана

2.1 Физические модели ротационного деформирования эластичного инструмента и квазистатического разделения листовой заготовки на локализированном вырубном инструменте

2.2 Постановка задач математического моделирования

2.3 Численные исследования деформационного процесса при ротационной вырубке листовой детали давлением полиуретана

2.4 Выводы

3 Экспериментальные исследования деформационных процессов при ротационной разделительной штамповке листовых деталей давлением полиуретана

3.1 Описание методик проведения экспериментальных исследований

3.2 Исследования распределения нормального давления полиуретана по контактной поверхности с листовой заготовкой при ротационном способе штамповки

3.3 Исследования напряженно-деформированного состояния заготовки при вырубке детали на локализированном инструменте

3.4 Выводы

4 Разработка средств технологического оснащения и методических рекомендаций для внедрения в производство процесса ротационной разделительной штамповки листовых деталей полиуретаном

4.1 Разработка и описание конструктивной схемы опытно-промышленной установки для ротационной вырубки тонколистовых деталей полиуретаном

4.2 Разработка рекомендаций по проектированию и изготовлению вырубного инструмента для ротационной разделительной штамповки

4.3 Разработка методики расчета силовых параметров ротационной вырубки листовых деталей полиуретаном

4.4 Внедрение разработок в производство. Экономическая эффективность от внедрения

4.5 Выводы 137 Выводы по работе 138 Список литературы 140 Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование технологии ротационной вырубки листовых деталей летательных аппаратов давлением полиуретана»

Актуальность работы

В настоящее время все предприятия по производству аэрокосмической техники стремятся повысить конкурентоспособность своей продукции, как на внешнем, так и внутреннем рынках, снижая трудозатраты изготовления изделий при обеспечении их высокого качества.

В производстве освоены методы изготовления деталей из листовых и прочих заготовок штамповкой полиуретаном. Простота и дешевизна штамповой оснастки, минимальные сроки подготовки производства, а также возможность изготовления деталей на обычном прессовом оборудовании позволяет считать способы штамповки полиуретаном наиболее экономически эффективными при программах выпуска деталей одного наименования от 10 до 25 тысяч штук. Несмотря на присущий этому способу недостаток: повышенную энергоемкость процесса (требуется большое усилие прессового оборудования) данный метод значительно эффективен по сравнению со штамповкой деталей в инструментальных штампах.

Особенно ценен метод штамповки деталей полиуретаном для опытного и мелкосерийного производства, характеризуемого частой сменяемостью изделий, а также сжатыми сроками подготовки производства.

Вместе с тем, на производстве не всегда имеется мощное прессовое оборудование для внедрения штамповки деталей полиуретаном. В этих случаях наиболее выгодным становятся ротационные способы формообразования, характеризуемые низкой энергоёмкостью, высокой производительностью и малыми затратами на производственные площади для размещения оборудования. Однако существующие конструктивно-технологические схемы ротационного формообразования не позволяют в полной мере выполнять разделительные операции.

Таким образом, задача по разработке и исследованию ротационной вырубки листовых деталей летательных аппаратов давлением полиуретаном является актуальной и позволит решить важную научно- техническую проблему повышения эффективности заготовительно-штамповочного производства.

Цель работы

Повышение производительности процесса и снижение энергетических и материальных затрат при ротационной вырубке листовых деталей давлением полиуретана.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать технологию ротационной вырубки листовых деталей давлением полиуретана.

2. Разработать математическую модель контактного взаимодействия эластичного инструмента с листовой заготовкой для реализации процесса ротационной вырубки.

3. Провести численные и экспериментальные исследования формоизменения эластичного инструмента и уровня контактного давления эластомера в условиях реализации ротационной вырубки листовой детали.

4. Исследовать напряженно-деформированное состояние эластичного инструмента и листовой заготовки в очаге разделения при ротационной вырубке деталей давлением полиуретана.

5. Разработать методику расчета энергосиловых параметров процесса ротационной вырубки листовых деталей полиуретаном.

6. Разработать конструкцию опытно-промышленной ротационной установки для вырубки листовых деталей полиуретаном.

7. Разработать практические рекомендации для применения процесса ротационной вырубки в условиях производства.

Автор выносит на защиту

1. Технологию ротационной вырубки листовых деталей давлением полиуретана.

2. Результаты исследований деформационного процесса ротационной вырубки листовых деталей давлением полиуретана с учетом его контактного взаимодействия с заготовкой.

3. Результаты исследования напряженно-деформированного состояния материала заготовок и эластичного инструмента при ротационной вырубке деталей на локализированном инструменте.

4. Методику расчета технологических параметров ротационной вырубки листовых деталей давлением полиуретана.

5. Рекомендации по проектированию и изготовлению вырубного инструмента для ротационной разделительной штамповки.

6. Конструкцию опытно-промышленной ротационной установки для групповой вырубки листовых деталей давлением полиуретана.

Научная новизна

1. Разработаны технологические основы нового способа ротационной вырубки деталей из листовой заготовки давлением полиуретана.

2. Разработана математическая модель деформационного процесса ротационной вырубки детали из листовой заготовки с учетом ее контактного взаимодействия с эластичным инструментом.

3. На основании численных исследований установлены основные технологические факторы и оптимальные параметры процесса ротационной вырубки листовых деталей, обеспечивающие повышенный уровень и равномерность контактного давления полиуретана в очаге разделения заготовки.

4. Разработана инженерная методика расчета энергосиловых параметров процесса ротационной вырубки листовых деталей с учетом локального деформирования эластичного инструмента.

Практическая ценность

1. По результатам численных и экспериментальных исследований разработана конструктивно-технологическая схема ротационной вырубки листовых деталей с повышенным уровнем давления полиуретана.

2. Разработаны научно-обоснованные рекомендации по расчету и проектированию технологических процессов ротационной вырубки листовых деталей давлением полиуретана.

3. Разработана конструкция опытно-промышленной ротационной установки для групповой вырубки листовых деталей давлением полиуретана.

Реализация результатов работы

Результаты работы освоены и используются в заготовительно-штамповочном производстве предприятия - Федеральное государственное унитарное предприятие государственный научно-производственный ракетно-космический центр (ФГУП ГНП РКЦ) «ЦСКБ-Прогресс». Экономический эффект от внедрения процесса ротационной вырубки только 270 наименований деталей небольших габаритов (от 20 до 150 мм) составил 890000руб.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на 3 Международных и 2 Всероссийских научно-технических конференциях.

Публикации

По результатам выполненных исследований и разработок опубликовано 7 печатных работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка использованных источников и приложений, в совокупности изложенных на 147 страницах машинописного текста, 55 рисунков, 5 таблиц и 1 приложения.

Заключение диссертации по теме «Технологии и машины обработки давлением», Громова, Екатерина Георгиевна

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Решена задача повышения эффективности процесса разделительной штамповки листовых деталей за счет разработки новой технологии ротационной вырубки давлением полиуретана.

2. Разработана математическая модель деформационного процесса ротационной вырубки деталей из листовой заготовки с учетом ее контактного взаимодействия с эластичным инструментом.

3. На основании численных исследований установлены основные конструктивно-технологические факторы и оптимальные параметры разделительного ротационного процесса, обеспечивающие повышенный уровень и равномерность контактного давления полиуретана, достаточный для вырубки листовых деталей широкого диапазона толщин и марок материала.

4. На основании исследований напряженно-деформированного состояния материала заготовки в очаге разделения установлены оптимальные параметры процесса и вырубного локализированного инструмента, обеспечивающие сдвиговой характер разделения листовой заготовки и повышение качества вырубаемого контура детали.

5. Численными исследованиями установлены напряжения и деформации в эластичном инструменте в очаге разделения листовой заготовки и глубина их распространения при ротационном нагружении.

6. Разработана методика расчета энергосиловых параметров процесса ротационной вырубки листовых деталей на локализированном инструменте.

7. Разработаны методические рекомендации для расчета необходимых параметров и проектирования технологии ротационной вырубки листовых деталей давлением полиуретана.

8. Для реализации процесса ротационной вырубки листовых деталей давлением полиуретана спроектирована и изготовлена компактная опытно-промышленная установка, обеспечивающая повышение производительности процесса вырубки листовых деталей в 2.3 раза и снижение энергосиловых затрат в десятки раз.

9. Технология ротационной вырубки листовых деталей давлением полиуретана апробирована в условиях производства. При изготовлении только 270 наименований деталей небольших габаритов (от 20 до 150 мм) обеспечивается годовой экономический эффект 890000 рублей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Громова, Екатерина Георгиевна, 2008 год

1. Богоявленский, К.Н. Использование импульсных методов для листовой штамповки в мелкосерийном производстве Текст./ К.Н. Богоявленский// В сб. Холодная штамповка в мелкосерийном производстве. — Л.: ЛДНТП, 1980. -с.8-13

2. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов Текст./ Под ред. Г.Гроше и В. Циглера,- М.: Наука, 1980,- 978 с.

3. Бутузов, Е.А. Специальные виды штамповки Текст./ Е.А. Бутузов. -М.: Высшая школа, 1963,- 206 с.

4. Ю.Вишневский, Н.С. Исследование и внедрение вырубки со сжатием применительно к деталям оптических приборов Текст./ Н.С. Вишневский// Дис.кан.техн.наук.-Москва, 1971.-167с.

5. П.Герасимов, В.Г. Совершенствование технологии пробивки отверстий при штамповке полиуретаном Текст./ В.Г. Герасимов// Дис.канд.техн.наук 05.03.05.- М., 1984.- 217 с.

6. Гиндин, В.Б. Опыт изготовления деталей из листовых материалов методом магнитно-эласто-импульсной вырубки-пробивки Текст./ В.Б. Гиндин, B.C. Мамутов, А.И. Орешенков // В сб. Холодная штамповка в мелкосерийном производстве. Л.: ЛДНТП, 1980. -с.27-30.

7. Гребенкин, Н.Б. Исследование электрогидроимпульсной вырезки, пробивки круглых деталей и отверстий Текст./ Н.Б. Гребенкин // Дисс. канд. техн. наук. Ленинград, 1978. - 183с.

8. Губарев, В.В. Экспериментальное исследование механизма деформации при резке листового металла в штампах Текст./ В.В. Губарев // Дис.канд.техн.наук. Москва, 1954.-143с.

9. Гуров, Ю.М. Исследование основных технологических параметров различных способов чистовой вырубки-пробивки Текст./ Ю.М. Гуров // Дис.канд.техн.наук.-Москва, 1978.-162с.

10. Зенкевич, О. Метод конечных элементов в технике Текст./ О. Зенкевич. М.: Мир, 1975.-542с.

11. Зубцов, М.Е. Листовая штамповка Текст./ М.Е. Зубцов. Л.: Машиностроение, 1980. - 432с.

12. Исаченков, Е.И. Развитие технологии листовой штамповки Текст./ Е.И. Исаченков Кузнечно-штамповочное производство, 1977, №11, с.39-40.

13. Исаченков, Е.И. Развитие технологии штамповки эластичными, жидкостными и газовыми средами Текст./ Е.И. Исаченков // Кузнечно-штамповочное производство. 1976, № 7, с.2-5.

14. Исаченков, Е.И. Штамповка резиной и жидкостью Текст./ Е.И. Исаченков. М.: Машиностроение, 1967.- 367 с.

15. Исаченков, Е.И. Штамповка эластичными и жидкостными средами Текст./ Е.И. Исаченков, В.Е. Исаченков. М.: Машиностроение, 1976.- 48 с.

16. Исаченков, Е.И. Пробивка листового металла эластичными средами Текст.// Е.И. Исаченков, Ю.Д. Борисов, Ю.П. Кулик // Кузнечно-штамповочное производство.- 1972, N1.- С.27-30.

17. Камышев, И .Я. Исследование процесса чистовой вырубки листовогоматериала с различными прижимами Текст./ И.Я. Камышев //142

18. Дис.канд.техн.наук. — Харьков, 1975,-157с.

19. Комаров, А.Д. Экономия материалов при штамповке деталей полиуретаном Текст./ А.Д. Комаров, В.К. Моисеев, Ю.В. Федотов, В.В. Шалавин. Куйбышев: ВСНТО, Куйбыш. обл. совет НТО. 1986.- 62 с.

20. Комаров, А.Д. Штамповка деталей из листовых и трубчатых заготовок эластичной средой Текст.// А.Д. Комаров // Кузнечно-штамповочное производство.- 1976, N 7.- С.5-9.

21. Комаров, А.Д.Штамповка деталей пластичными средами Текст. В кн.: Изготовление заготовок и деталей пластическим деформированием/ Под ред. К.Н.Богоявленского, В.В.Риса, А.М.Шелестеева.- Л.: Политехника, 1991.-351с.

22. Кузнецов, Г.П. Исследование электрогидравлической пробивки тонколистовых материалов Текст./ Г.П. Кузнецов // Дисс. канд. техн. наук. -Ленинград, 1974.- 178с.

23. Лавенделл, Э.Э. Прикладная теория упругости Текст./ Э.Э. Лавенделл. Рига: РПИ, 1978.-95с.

24. Лурье, А.И. Теория упругости Текст./ А.И. Лурье. М.: Изд-во "Наука", 1970.- 940 с.

25. Мендлин, М.А. Штамповка резиной Текст./ М.А. Мендлин. М.:1. Оборонгиз, 1944.- 53 с.

26. Новик, Ф.С. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирование эксперимента Текст./ Ф.С. Новик, Я.Б. Арсов. М.: Машиностроение, 1980.- 287 с.

27. Пластичность и прочность твердых тел при высоких давлениях Текст./ Б.Н.Береснев, Е.Д. Мартынов, Ю.Н. Рябинин и др. М.: Наука,1970.-232с.

28. Подгорный, В.В. Исследование процесса изготовления деталей методом ЭГИП деформирования некомпактных материалов: Автореф.дис. на соиск.учен.степени канд.техн.наук Текст. / В.В. Подгорный. Ленинград, 1977. - 18с. Для служебного пользования.

29. Познянский, И.М. Исследование и разработка процесса чистовой вырубки-пробивки Текст. / И.М. Познянский. — Дис.канд.техн.наук.-Москва,1971.-168с.

30. Попов, Е.А. Основы теории листовой штамповки Текст./ Е.А. Попов. М.: Машиностроение, 1968.- 283 с.

31. Пытьев, П.Я. К вопросу определения силовых параметров вырубки эластичной средой Текст. / П.Я. Пытьев // Межвузовский сборник.-Куйбышев: КуАИ, 1981.- С.33-54.

32. Пытьев, П.Я. О расчете давления эластичной среды при выполнении разделительных операций Текст. / П.Я. Пытьев // Труды КуАИ.- Куйбышев: КуАИ, 1978.- С.31-41.

33. Разработка и внедрение гидроударного пресса для листовой штамповки Текст. // Отчет ЦКБ с ОП АН БССР, рук. Шарин Ю.Е., Инв. № Б340711.-Минск, 1974.-94с.

34. Растопчин, С.А. Исследование и усовершенствование процесса резки металлов в штампах Текст. / С.А. Растопчин // -Дис.канд.техн.наук. —1441. Москва, 1970.-163с.

35. РДМУ 95-77. Методические указания по проектированию технологической оснастки для штамповки деталей из листовых материалов эластичной средой Текст.// М.: Изд-во стандартов, 1978.- 68 с.

36. Романовский, В.П. Справочник по холодной штамповке Текст./

37. B.П. Романовский.-Л.: Машиностроение, 1971. 782с.

38. Рябых, А.А. Исследование и разработка процесса пробивки малых отверстий эластичным инструментом Текст. / А.А. Рябых // Дис. канд. техн. наук.- Куйбышев, 1987.- 206 с.

39. Самуль, В.И. Основы теории упругости и пластичности: Учеб. пособие для студентов вызов Текст. / В.И. Самуль.- 2-е изд., перераб. М.: Высш. Школа, 1982.-264с.,ил.

40. Сапаровский, С.В. Штамповка резиной Текст./ С.В. Сапаровский, А.Д. Комаров, Е.П. Смеляков, В.Н. Фарманова. Куйбышев: Куйбышев.книжн.изд., 1964,- 108 с.

41. Сапаровский, С.В. Новые способы холодной штамповки Текст./

42. C.В. Сапаровский, Е.П. Смеляков, А.Д. Комаров, И.Н. Сорокин, Б.Д. Шильмейстер. Куйбышев: Куйбышев.книжн.изд., 1969.- 182с.

43. Смирнов-Аляев, Г.А. Холодная штамповка в приборостроении Текст./ Г.А. Смирнов-Аляев, Д.А. Вайнтрауб. М.: Машгиз, 1963. -435с.

44. Смирнов-Аляев, Г.А. Экспериментальные исследования в обработке металлов давлением Текст./ Г.А. Смирнов-Аляев, В.П. Чикидовский. Л.: Машиностроение, 1972.- 360 с.

45. Степанов, В.Г. Высокоэнергетические импульсные методы обработки металлов Текст./ В.Г. Степанов, И. А. Шавров. Л.: Машиностроение, 1975, - 280с.

46. Фарманова, В.Н. Исследование штамповки-вырезки резинойзаготовок и деталей и тонколистового материала Текст. / В.Н. Фарманова // Дис. канд. техн. наук.- Куйбышев, 1970.-171 с.

47. Федотов, Ю.В. Разработка, исследование и внедрение технологических процессов вырезки деталей из листовых мало пластичных материалов эластичной средой Текст. /Ю.В. Федотов // Дис. канд. техн. наук,- Куйбышев, 1983.- 261с.

48. Федотов, Ю.В. Авторское свидетельство СССР № 1806889. Валковая машина Текст. / Ю.В. Федотов, А.А. Сургутанов, Н.П. Родин и др. Опубликовано в БИ, 1993, №13.

49. Ходырев, В.А. Применение полиуретана в листоштамповочном производстве Текст./ В.А. Ходырев. Пермь: Книжное изд-во. 1973.- 218 с.

50. Ходырев, В.А. Проектирование, изготовление и эксплуатация штампов с полиуретаном Текст./'В.А. Ходырев. Пермь: Книжное изд-во,

51. Ходырев, В.А. Применение полиуретана в листоштамповочном производстве Текст./ В.А. Ходырев. Пермь: Книжное изд-во. 1973.- 218 с.

52. Ходырев, В.А. Проектирование, изготовление и эксплуатация штампов с полиуретаном Текст./ В.А. Ходырев. Пермь: Книжное изд-во, 1975.-365 с.

53. Цуркан, О.В. Исследование и разработка процесса чистовой вырубки. Дис.канд.техн.наук Текст. / О.В. Цуркан. - Ленинград, 1980. -150с.

54. Шавров, И.А. Исследование процессов вырубки и пробивки тонколистового металла с применением полиуретана Текст. / И.А. Шавров, В.Г. Степанов // В кн.: Вопросы судостроения. Сер. Технология судостроения.- Л.: ЦНИИ "Румб", 1975,. ВЫП.7.- С.80-99.

55. Шавров, И.А. Применение полиуретанов в холодной штамповке Текст. / И.А. Шавров, В.Г. Степанов // В кн.: Вопроси судостроения. Сер. Технология судостроения.- Л.: ЦНИИ "Румб", 1975, вып.7.- С.72-78.

56. ANSYS, Inc. Theory Reference / Ansys Release 5.6 Ansys Inc., 1998.

57. A1-Qureshi H.A., Garber S., Mellor P.B. Piersing of metal sheet with rubber pads.- Intarnational of Production Research, 1968, V.6, N3.- P.207-225.

58. Bader G. Hidroschnitt fur hleine stuhzahlen.-Werhstadt und Betrieb, 1969, №9, c.102-107.

59. Herts P.B. and Garber. The piercing of sheet metal 1 with rubber// Sheet metal industries.- 1964, October c. 761-770.

60. Hill J.L., Guerreiro A.M. Tempered polyurethane pads improve cold formind efficieney.-Machinery,USA,1966,№l, c.73-84.