Разработка процессов гибки тонкостенных крутоизогнутых патрубков проталкиванием и раздачей трубных заготовок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.09, кандидат наук Болтенкова, Оксана Михайловна

• Болтенкова, Оксана Михайловна
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Болтенкова, Оксана Михайловна

Содержание

Введение

1. Обзор методов формообразования трубчатых деталей с изогнутой осью

1.1. Конструктивные особенности изогнутых элементов трубопровода летательных аппаратов (ЛА)

1.2. Анализ существующих способов и оснастки для формообразования крутоизогнутых и ступенчатых патрубков

1.3. Классификация браковочных признаков и пути предотвращения их

возникновения

Выводы

2. Теоретический анализ процессов гибки патрубков раздачей

внутренним давлением

2.1. Определение энергосиловых параметров процесса

2.1.1. Математическое описание геометрии готового изделия

2.1.2. Анализ кинематики пластического течения

2.1.3. Построение кинематически возможного поля перемещений

2.1.4. Определение внутреннего давления наполнителя при гибке патрубков раздачей

2.1.4.1. Определение работы внутреннего давления наполнителя

2.1.4.2. Определение работы пластической деформации

2.1.4.3. Определение работы сил трения

2.1.4.4. Определение работы, затрачиваемой на сжатие наполнителя

2.1.4.5. Учет упрочнения при гибке патрубков раздачей

2.3. Построение номограмм для определения давления раздачи

Выводы

3. Организация и проведение экспериментальных исследований

3.1. Получение трубных заготовок для изготовления крутоизогнутых

патрубков

3.1.1. Изготовление трубных заготовок ротационной раскаткой

3.1.2. Рабочая оснастка и инструмент для ротационной раскатки

3.2. Описание экспериментального штампового инструмента

3.3. Экспериментальное определение энергосиловых параметров процесса

3.3.1. Эластичный наполнитель

3.3.2. Смазки и подсмазочные покрытия

3.3.3. Проведение экспериментов по определению значения давления

эластичного наполнителя

Выводы

4. Расширение технологических возможностей формообразования элементов трубопровода с изогнутой осью

4.1. Повышение несущей способности особотонкостенной трубной заготовки

4.2. Повышение равномерности пластических деформаций

4.3. Создание специализированного оборудования и оснастки

Выводы

5. Контроль качества отштампованных элементов трубопровода

5.1. Определение разнотолщинности отштампованных трубчатых деталей

5.1.1. Определение средней толщины труб и разнотолщиности

5.1.2. Определение толщины стенки патрубков

5.1.3. Определение среднего диаметра патрубка и овальности

5.1.4. Определение степени деформации при гибке патрубков раздачей

5.2. Организация и проведение ресурсных испытаний патрубков

Выводы

Общие выводы

Список литературы

Приложение 1

Приложение 2

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка процессов гибки тонкостенных крутоизогнутых патрубков проталкиванием и раздачей трубных заготовок»

Введение

Актуальность темы. Развитие авиастроения является одним из ключевых приоритетов российской промышленной политики. Создаваемые летательные аппараты (JIA) должны отличаться от предшествующих поколений авиационной техники повышенным ресурсом и уменьшенной полетной массой изделия.

Одним из элементов трубопроводных систем JIA является крутоизогнутый патрубок, который относится к разряду особо- и сверхтонкостенных элементов трубопровода, так как отношение D/t (D -диаметр трубной заготовки, t — толщина стенки трубной заготовки) имеет следующие значения: зо < D/t < 130 - для особотонкостенных и Dit > 130 - для сверхтонкостенных. На данный момент для получения особотонкостенных крутоизогнутых патрубков наиболее приемлемым способом является гибка проталкиванием через криволинейный ручей матрицы с приложением внутреннего давления наполнителя. В настоящие время этот способ хорошо изучен теоретически, однако вопросы повышения несущей способности входного торца трубной заготовки и равномерности пластических деформаций не решены, что влечет за собой возникновение гофров и разрывов материала на готовых изделиях. Способа для изготовления качественных патрубков, с отсутствием браковочных признаков, при отношении D/t> 130 в настоящие время не существует.

Поэтому необходимо выдать практические рекомендации для изготовления особотонкостенных крутоизогнутых патрубков и создать способ для изготовления сверхтонкостенных патрубков, которые позволили бы снизить полетную массу изделия, повышая при этом ресурс планера ДА.

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» на кафедре «Техническая механика» в 2010-2013 гг. в соответствии с государственным контрактом № 13411.1003899.18.001 от 29.12.2012 г. на выполнение опытно-

конструкторской работы «Создание нового семейства ближне-среднемагистральных самолетов», шифр «Развитие МС-21».

Целью работы является совершенствование имеющихся и создание новых способов, технологических процессов и устройств для получения элементов высокоресурсного трубопровода с изогнутой осью, разработка научно обоснованных рекомендаций для выбора оптимальных режимов процессов их формообразования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Определить кинематику пластического течения при гибке патрубков раздачей внутренним давлением эластичной среды.

2. Провести теоретическое обоснование выбора величины основных энергосиловых параметров процесса формообразования крутоизогнутых патрубков раздачей.

3. Экспериментально определить величину давления раздачи процесса формообразования сложнопрофильного полуфабриката крутоизогнутого патрубка.

4. Создать и усовершенствовать способы для изготовления крутоизогнутых патрубков с повышенным ресурсом и минимальной полетной массой, а также устройства для их реализации.

5. Разработать технологию формообразования элементов высокоресурсного трубопровода с изогнутой осью.

6. Определить ресурсные характеристики натурных узлов трубопровода с формообразованными элементами типа «крутоизогнутый патрубок».

Методы исследования. Теоретические исследования выполнены на основе метода верхней оценки. Эксперименты проводились на специализированной установке на базе универсального гидравлического пресса с использованием разработанной и созданной для производства крутоизогнутых патрубков штамповой оснастки. Качество трубных заготовок

и готовых изделий оценивали при помощи современного испытательного оборудования.

Научная новизна работы

1. Разработана модель, описывающая кинематику пластического формоизменения тонкостенного сложнопрофильного полуфабриката крутоизогнутого патрубка, позволяющая установить связь между геометрией детали, интенсивностью деформации и энергосиловыми параметрами процесса раздачи.

2. Разработаны и научно обоснованы способы гибки особо- и сверхтонкостенных крутоизогнутых патрубков, повышающие равномерность формоизменения в зонах пластического течения и несущую способность стенки входного торца трубной заготовки.

3. Установлены режимы предварительной ротационной раскатки (РР) прямошовных трубных заготовок, при которых структура материала сварного шва и околошовной зоны может быть максимально приближена к структуре основного металла трубной заготовки, что способствует повышению равномерности пластического формоизменения в последующих гибочных операциях.

Практическая значимость

1. Разработаны и внедрены технологические процессы гибки проталкиванием и раздачей особо- и сверхтонкостенных трубных заготовок с применением внутреннего давления наполнителя.

2. Построены номограммы для определения энергосиловых параметров процесса раздачи сложнопрофильного полуфабриката крутоизогнутого патрубка из трубной заготовки.

3. Установлено, что предложенная технология изготовления крутоизогнутых патрубков позволяет снизить уровень брака на 40%, себестоимость готовых изделий в 1,3 раза.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены при постановке производства изделия АН-148 в ОАО «Воронежское акционерное самолетостроительное общество».

Апробация работы. Основные положения работы прошли обсуждение на международных и российских научных конференциях: XXVII Российской школе, посвященной 150-летию К.Э. Циолковского, 100-летию С.П. Королева и 60-летию Государственного ракетного центра «КБ им. Академика В.П. Макеева (Екатеринбург, 2007), пятой международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2008); ХЫХ Отчетной научной конференции преподавателей и научных сотрудников ВГТА (Воронеж, 2011); ХХХХ1 Всероссийском симпозиуме «Механика и процессы управления» (Миасс, 2011); XXXI Всероссийской конференции «Наука и технологии» (Миасс, 2011); V всемирном конгрессе «Авиация в XXI столетии» - «Безопасность в авиации и космические технологии» (Киев, 2012); международной научно-технической конференции «Адаптация технологических процессов к пищевым машинным технологиям» (Воронеж, 2012); Ы Отчетной научной конференции преподавателей и научных сотрудников ВГУИТ (Воронеж, 2013).

Публикации. По теме диссертации получен один патент РФ, основное содержание работы опубликовано в 15 печатных работах, из которых 4 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В опубликованных работах личный вклад автора заключается: [1] - в определении внутреннего давления раздачи и интенсивности деформаций при штамповке крутоизогнутых и ступенчатых патрубков; [2] - в проведении сравнительного анализа данных, полученных в ходе ресурсных испытаний элементов трубопровода; [3] - в получении зависимости для определения угла скоса трубной заготовки; [4] - в определении геометрических размеров частей цилиндрических оболочек, повышающих несущую способность торца трубной заготовки; [5] - в предложении выполнить плоские и клиновые плиты с захватами,

расположенными в зацеплении с пазами нижней полуматрицы; [6] - в предложении части параметров формулы для определения внутреннего давления эластичного наполнителя; [7] - в определении оптимального значения относительного напряжения осадки; [8] - в апробации способа формообразования полых деталей; [9] — в разработке математической модели геометрии патрубка, включая его сферические участки; [10] - в сравнительном анализе способов гибки тонкостенного трубопровода; [11] - в моделировании кинематики пластического течения материала трубной заготовки во время процесса гибки патрубков раздачей; [12] - в экспериментальном определении толщины стенки патрубка и степени деформации при гибке патрубков раздачей; [13] - в создании экспериментальной штамповой оснастки для формообразования крутоизогнутых патрубков; [14] — в апробации способа формообразования крутоизогнутых патрубков проталкиванием; [15] - в разработке экспериментального устройства для изготовления особотонкостенных трубных заготовок методом ротационной раскатки.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 75 наименований и 3 приложений. Основная часть работы изложена на 222 страницах и содержит 60 рисунков и 3 таблицы.

1. Обзор методов формообразования трубчатых деталей с изогнутой осью

В настоящей работе рассматриваются технологические процессы формообразования такого унифицированного элемента, как крутоизогнутый патрубок. Основные типы этого элемента трубопроводной системы представлены в табл. 1.1.

Наиболее используемым на предприятиях отрасли технологическим процессом изготовления элементов с изогнутой осью является штамповка двух половин с последующей их ручной сваркой [1]. Опыт эксплуатации трубопроводов показал, что уже по истечении 4500 - 5000 часов по линии сплавления продольного шва возникали и развивались усталостные трещины в ходе воздействия пульсирующего давления и переменных температур.

Поэтому в современном производстве для изготовления элементов трубопроводных систем целесообразнее применять цельнотянутые, прямошов-ные или раскатные трубные заготовки.

Таблица 1.1.

Основные типы унифицированных изогнутых элементов трубопроводных

систем.

№ п/п Эскиз типового представителя Элементы трубопровода

1 ír Патрубок крутоизогнутый с одним прямым участком

2 4, / Труба длинномерная гнутая

3 г / Патрубок крутоизогнутый с двумя прямыми участками

4 | Угольник штамповосварной

1.1. Конструктивные особенности изогнутых элементов трубопровода летательных аппаратов (ЛА)

Выбор способа гибки элементов трубопровода зависит от материала трубной заготовки, а также от следующих геометрических параметров: радиуса и угла гиба трубной заготовки, отношения диаметра заготовки к толщине стенки, длины прямых участков у крутоизогнутого патрубка.

Определяющую роль при выборе способа и устройства для гибки, имеет значение отношения — (£) - диаметр трубной заготовки, t - толщина

стенки трубной заготовки), в зависимости от значения этого отношения трубопроводные системы подразделяют на следующие типы:

15< — <30 - тонкостенные трубопроводные системы.

30 < — < 130 — особотонкостенные трубопроводные системы.

130 - сверхтонкостенные трубопроводные системы.

При выборе способа формообразования принимается во внимание значение радиуса гиба по средней линии Я и угла гиба /?. В настоящее время можно получать патрубки со следующими параметрами:

0,75£><Д<5£>, 0° < /? <180°.

Способы и устройства должны обеспечивать получение качественных готовых изделий, т.е. получение минимального искажения поперечного сечения у крутоизогнутого патрубка, отсутствие гофров в зоне малого радиуса изгиба, наименьшую разнотолщинность материала патрубка, сохранение исходной шероховатости изделия - как наружной, так и внутренней. И в то же время ресурс готовых деталей не должен быть меньше ресурса планера изделия, а их полетный вес - минимально возможным из условия прочности.

1.2. Анализ существующих способов и оснастки для формообразования крутоизогнутых и ступенчатых патрубков

К основным способам изготовления крутоизогнутых патрубков отно-сятсятся: гибка вальцовкой, гибка с нагревом ТВЧ, гибка раскаткой с утонением стенки, гибка наматыванием, гибка раздачей эластичной средой, гибка способом горячей протяжки, гибка в штампах за два перехода, гибка проталкиванием через ручей, гибка проталкиванием через ручей с внутренним давлением наполнителя.

Для изготовления особо- и сверхтонкостенных высококачественных

элементов трубопровода с изогнутой осью (30<-^<130, 130,

.К>1,0£>), необходимо провести анализ, и выбрать среди имеющихся способов гибки такой, который бы отвечал требованиям эксплуатации трубопровода.

Изготовление крутоизогнутых патрубков вальцовкой осуществляется на роликовых станках, как при гибке профилей, но в данном случае ролики имеют ручьи, диаметром равные диаметру изгибаемой трубы (рис. 1.1). [2 -

5]

Преимуществами гибки вальцовкой являются: стабильность получаемого радиуса гиба, малое количество оснастки и возможность автоматизации станков. Однако чрезмерное утонение стенки трубной заготовки при гибке и ограниченность радиуса гиба Я > 4£> делают невозможным получение крутоизогнутых особо- и сверхтонкостенных патрубков этим методом.

При применении трубных заготовок с диаметром от 80 мм и выше, с

отношением % = Ю-30 и радиусом гиба Я>3,50 предпочтительно использовать способ раскатки с односторонним утонением стенки. В данном случае из-за неравномерного утонения стенки заготовки, создаются неравномерное удлинение волокон в тангенциальном направлении, вследствие чего

заготовка изгибается, при этом величина радиуса гиба зависит от величины максимально допустимого утонения стенки трубы (рис. 1.2) [6].

Основной недостаток данного способа заключается в том, что он применим, прежде всего для гибки толстостенных труб или разностенных заготовок. Чаще всего способ гибки труб раскаткой применяют в условиях единичного или мелкосерийного производства. Изложенные недостатки делают неприемлемым упомянутый способ для изготовления особотонкостенных патрубков.

Наиболее популярным способом формообразования изогнутых участков трубопровода, особенно за рубежом, является гибка труб наматыванием (рис. 1.3). [7-11]

Гибка производится без наполнителя, но с внутренней оправкой, которую помещают в месте изгиба трубы и оставляют там на все время операции. Конец заготовки фиксируют прижимом, в трубу вставляют оправку и приводят стол станка во вращение.

Внутренней оправкой может быть несколько шаров, соединенных тросом, или гибкая оправка, собранная из шайб, или сплошной дорн. Оправка в зоне гибки заготовки предотвращает потерю устойчивости, а в зоне уже изогнутого участка трубы калибрует сечение.

Таким образом, гибка наматыванием является предпочтительной из-за высокой производительности, возможности автоматизации с применением программного управления станками и возможности получения прямых участков у торцов.

Тем не менее, необходимость использования большого количества оснастки и инструмента, ограниченность радиуса гиба (Я > 2,5О) сдерживают применение данного способа для получения особотонкостенных изогнутых элементов трубопровода с малыми радиусами гиба.

Способ изготовления отводов горячей протяжкой по рогообразному сердечнику представляет собой оригинальный процесс горячей обработки металлов давлением. На рис. 1.4 показана технологическая схема этого

Рис. 1.1. Способ гибки труб вальцовкой: 1 - труба; 2 - наполнитель; 3 - нажимной ролик; 4 - вспомогательный ролик; 5 - подпружиненный ролик

Рис. 1.2. Способ гибки труб раскаткой с односторонним утонением стенки: 1 - труба; 2- раскатник; 3 - деформирующие элементы; - зона растяжения стенки трубы; 5 - зона сжатия стенки трубы

Рис. 1.3. Способ гибки труб наматыванием: - гибочная оправка; 2 - прижим; 3 - внутренняя оправка; 4 - ролик; 5 - трубная заготовка; 6 - штанга

Рис. 1.4. Схема процесса изготовления отводов горячей протяжки по сердечнику: а - положение пресса в период загрузки труб-заготовок: 1- сердечник,2 - газовая горелка, 3 - печь, 4 - штанга, 5 - трубы-заготовки, 6 - захват, 7 - силовой замок, 8 - гидроцнлнндры пресса, 9 - несиловой замок; б - положение пресса в период рабочего хода

процесса. Мерные трубы-заготовки 5 подаются на штангу 4 гидравлического пресса. На переднем конце штанги укреплен основной инструмент - рогооб-разный сердечник 1 (по форме сердечник представляет собой рог - изогнутый конус с эксцентрично увеличивающимся диаметром). По штанге трубы-заготовки проталкиваются захватом 6 с помощью гидроцилиндров 8 пресса. Процесс протяжки происходит в печи 3 с местным нагревом газовыми горелками 2. В результате протяжки трубных заготовок по рогообразному сердечнику получают крутоизогнутые патрубки с углом гиба 90° < ¡3 < 180°, с относительной толщиной стенки < 100 и диаметром от 45 до 108 мм. [12, 13]

Технологический процесс изготовления крутоизогнутых патрубуков способом горячей протяжки по сердечнику обеспечивает получение патрубков с одинаковой толщиной стенки по сечению вне зависимости от радиуса гиба, возможность изготовления патрубков с малыми радиусами гиба и небольшой толщиной стенки, высокую производительность и качество получаемых изделий при низкой себестоимости их изготовления.

Однако, нагрев трубных заготовок не обеспечивает получения высокоресурсных патрубков из титановых сплавов, вследствие наводораживания поверхностных слоев с последующим охрупчиванием, что не позволяет распространить данный способ гибки труб на всю номенклатуру изготовляемых особотонкостенных крутоизогнутых патрубков.

Широкое применение в промышленности получил способ гибки труб с индукционным нагревом токами высокой частоты (ТВЧ) (рис. 1.5) [14, 15, 16].

Труба с помощью кольцевого индуктора ТВЧ нагревается, нагретый участок трубной заготовки пластически деформируется. Для поддержания минимальной ширины нагретой зоны труба интенсивно охлаждается водой.

При гибке с нагревом ТВЧ патрубки имеют прямые концевые участки, сводятся до минимума овальность и пружинение, гофры, несмотря на отсутствие наполнителей и дорнов.

Рис. 1.5. Способ гибки труб с ТВЧ нагревом: 1 - направляющие ролики; 2 - индуктор ТВЧ; 3 - охлаждающие устройство; 4 - нажимной ролик

Однако гибка с нагревом ТВЧ имеет и существенные недостатки. Скорость гиба в этом процессе значительно меньше, чем при холодной гибке.

Отношение должно быть не больше 25 , т. е. особо- и сверхтонкостенных патрубков получить этим способом нельзя.

В последние годы стала получать распространение лазерная гибка труб. В работах [17 - 19] сообщается о создании специального оборудования для лазерной гибки труб, детально исследуется влияние основных параметров луча лазера на деформацию труб.

Положительной стороной данного способа гибки труб является то, что с помощью него легко организовать крупносерийное производство. Однако лазерная гибка труб имеет существенные недостатки, прежде всего они дороги. Для обслуживания лазерной установки требуется квалифицированный персонал. Операции, выполняемые с помощью лазера, оказываются энергетически не экономными [20]. У труб из титановых сплавов в местах нагрева образуется внутренний и наружный грат, который практически невозможно удалить.

Гибкой в штампах изготавливают детали из трубных заготовок со сравнительно небольшой длиной (до 500 мм). [21, 22] В зависимости от радиуса гиба и толщины стенки заготовки гибку производят с наполнителем и без, за один или несколько переходов. На рис. 1.6 показаны типовые гибочные штампы. Роль матриц в схемах бив выполняют ролики 3 и 12, а в схеме г - поворотные колодки 8.

Процесс обеспечивает получение патрубков с углом изгиба р < 120" при наличии только криволинейного участка и /3 < 90° при наличии прямых участков [23, 24].

Однако ограничение ^у <50, а также Я > (1,0 ^ 2,5)1) не позволяет

/ *>

применить данный способ для гибки особо- и сверхтонкостенных элементов трубопровода.

в) г)

Рис. 1.6. Штампы для гибки труб:

а - обычной конструкции; б - с роликовыми опорами; в - с обкаткой роликами; г - с поворотными колодками; 1 - пуансон; 2 - матрица; 3 - опорный ролик; 4 - корпус; 5 - верхняя плита; 6 - прижим; 7 - толкатель поворотной колодки; 8 - поворотная колодка; 9- кронштейн поворотной колодки; 10 - нижняя плита; 11 - заготовка; 12 - ролики

Проталкивание через криволинейный ручей в штампах на универсальных гидравлических прессах используется при изготовлении патрубков со

следующими параметрами: диаметр /) = 10-т-70 мм, отношение ^ ;> 40, радиус гиба Я > (1,0 + 2,5)/), а угол гиба ¡5 < 90°.

Для получения крутоизогнутого патрубка заготовку 3 проталкивают через фильеру 2 и тем самым изгибают (без нагрева) ее на оправке 6 пуансоном 7 (рис. 1.7).

Трубы с малой толщиной стенки изгибаются только с наполнителем. Б.Н. Марьин (Комсомольский-на-Амуре государственный педагогический университет) предлагает в качестве наполнителя трубных заготовок использовать поролон, пропитанный водой, воду с опилками, резиновый шланг с водой, с последующей заморозкой трубы перед процессом формообразования [25-30]. Данный способ гибки труб дает возможность использовать универсальное оборудование. Тем не менее, заполнение трубной заготовки наполнителем в этом способе является трудоемким процессом, который связан со сложностью герметизации трубы, кроме того наполнитель обладает значительной массой. Перечисленные недостатки сдерживают применение данного способа гибки труб при изготовлении особо- и сверхтонкостенных крутоизогнутых патрубков.

Также, известен способ гибки труб проталкиванием через ручей, где в качестве уплотнителя используют две цанговые пробки, каждая из которых имеет полость в форме усеченного конуса, а в качестве наполнителя - стальные шарики [31,32] (рис. 1.8).

К недостаткам этого метода, где используются разжимные инструменты, относится то, что следы от секторов инструмента изменяют геометрические параметры срединной поверхности и являются концентраторами напряжений в процессе эксплуатации трубопровода.

Р

Рис. 1.7. Способ гибки труб проталкиванием через фильеру: 1 - полуматрица; 2 - фильера; 3 - трубная заготовка; 4 - удерживающая обойма; 5 - направляющая втулка; 6 - оправка; 7 - пуансон

Рис. 1.8. Способ гибки труб проталкиванием через ручей: 1,2- цанговые пробки; 3,4- зажимы; 5,6- шайбы; 7,8- упорные гайки; 9 - стальные шарики; , 20 - концы приводного троса; 11,21- дополнительные фиксаторы; 12 - сквозное отверстие в цанговых пробках; 13 - труба; 14, 15 - коаксиально расположенные штоки; 16, 17-резьбы; 18, 19 - конические поверхности

Для гибки особотонкостеиных трубных заготовок применяют гибку проталкиванием через фильеру с внутренним давлением эластичного наполнителя. Данный способ позволяет получать крутоизогнутые патрубки с диаметром от 20 до 200 мм, с отношением 30 <^/<100 и радиусом гиба Я = (1,0 -г 1,5)1).

Способ состоит в том, что трубную заготовку с эластичным наполнителем 1 (рис. 1.9) устанавливают в гильзу 2 гидроцилиндра проталкивания 3. После этого заводят фланец гидроцилиндра проталкивания в замок нижней полуматрицы.

Устанавливают эластичный буфер 4 в ручей нижней полуматрицы, для предотвращения смятия торца заготовки в ходе процесса формообразования, и поджимают его шаровым подпорным пуансоном 5, усилие на который передается дополнительным гидроцилиндром.

Вслед за смыканием верхней и нижней полуматриц начинается процесс проталкивания трубной заготовки пуансоном проталкивания с заданным противодавлением, которое плавно увеличивается шаровым подпорным пуансоном в зависимости от достигаемого угла гиба [33]. По окончании процесса формообразования давление в гидроцилиндрах сбрасывается и после раскрытия матрицы отштампованный крутоизогнутый патрубок извлекается из разъемной матрицы.

Описанный выше способ гибки труб отличается простотой используемой технологической оснастки и возможностью применения универсального прессового оборудования. Также его можно использовать для получения патрубков из труднодеформируемых сплавов с такими геометрическими параметрами, которые невозможно получить ранее описанными способами гибки.

Однако при использовании гибки труб проталкиванием через фильеру с внутренним давлением эластичного наполнителя для изготовления сверхтонкостенных крутоизогнутых патрубков возникали следующие дефекты:

Рис. 1.9. Схема расположения трубной заготовки в ручье нижней полуматрицы: 1 - трубная заготовка с эластичным наполнителем, 2 - гильза гидроцилиндра проталкивания, 3 - гидроцилиндр проталкивания, 4 - эластичный буфер, 5 - шаровой подпорный пуансон, 6 - гидроцилиндр подпора, 7 - гильза гидроцилиндра подпора

потеря несущей способности входного торца трубной заготовки; неравномерность пластических деформаций в ходе формообразования. Перечисленные недостатки ограничивают применение рассмотренного способа для производства данных патрубков.

наиболее рационально использовать способ штамповки раздачей [34]. В качестве деформирующей могут быть применены: эластичная, жидкостная, газовая, эластично-жидкостная, эластично-газовая, жидкостно-газовая среды или магнитное поле. Давление через среду на заготовку прикладывают различными методами: механическим путем, посредством электроимульса или взрыва. Процесс штамповки осуществляется со свободным перемещением заготовки в осевом направлении и с двумя или одним защемленными (неподвижными) торцами [35].

В способе пневмотермической формовки тонкостенных деталей из трубных заготовок [36 - 38] в качестве деформирующей среды используют подогретый газ. Большая работа по исследованию этого способа была выполнена в Московском авиационном технологическом университете им. К.Э. Циолковского под руководством А.Г. Пашкевича. На рис. 1.10 представлена схема пневмотермической формовки предварительно изогнутой трубы. Трубу 1 располагают в штампе со смещением оси относительно оси ручья 7. После нагрева штампа до рабочей температуры во внутреннюю полость трубы через штуцер 3 подают сжатый газ. Под давлением газа труба раздается -формуется по ручью штампа.

Использование данного способа способствует выравниванию окружных деформаций по поперечному сечению трубы, исключается блокирование отдельных участков силами трения при контакте этих участков с инструментом. В то же время, представляет сложность герметизации торцов сверхтонкостенной трубной заготовки, кроме того нагрев труб из титановых сплавов ухудшает их физико-механические свойства.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Болтенкова, Оксана Михайловна, 2013 год

Список литературы

1. Горбунов, М.Н. Технология заготовительно-штамповочных работ в производстве самолётов [Текст] / М.Н. Горбунов. - М.: Машиностроение, 1981.-224с.

2. Пат. 2899138 Франция, В 21 D 7/04, Machine de cintrage de section [Текст] / Meliga Mauro Riccardo FR20060002691 20060328 Опубл. 05.10.2007.

3. Пат. 7131312 США, В 21 D 9/15 Pipe bending apparatus and method [Текст] / Yoshino Tamio Tashiro Yoji US20030617332 20030710 Опубл. 07.11.2006.

4. Пат. 2245206 Российская Федерация, B21D9/01 Способ гибки труб [Текст] / Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-исследовательский институт автоматизированных средств производства и контроля» ФГУП «НИИАСПК»; 20022130429/02, 12.11.2002 Опубл. 27.01.2005.

5. Пат. 2406584 Российская Федерация, B21D7/02 Устройство для гибки труб [Текст] / Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Орловский государственный технический университет» (ОрелГТУ); 2009103523/02, 03.02.2009, Опубл. 20.12.2010.

6. Пат. 2397835 Российская Федерация, B21D9/14 Способ холодной гибки труб [Текст] / Открытое акционерное общество «Кыштымское машиностроительное объединение»; 2008145769/02,18.11.2008 Опубл. 27.08.2010.

7. Пат. 10326107 Германия, В 21 D 9/01 В 21 D 7/02 Biegevorrichtung für dünnwandige Rohre aus Metall [Текст] / insbesondere Stahl Flehmig Thomas, Kibben Martin, Rituper Wladimir; 20031026107; 06.06.2003, Опубл. 05.01.2005.

8. Пат. 10322567 Германия, В 21 D 9/00 Verfahren und Vorrichtung zum Biegen eines [Текст] / Rohres Prange Rainer Engel Michael Leifels Matthias; 20031022567; 20.05.2003; Опубл. 23.12.2004.

9. Патент 1533052 Италия, В 21 D 7/02 В 21 D 7/024 Bending machine for tubular elements [Текст] / Pedrazzoli Antonio Maria IT2003VI00233 20031119 Опубл. 25.05.2005.

10. Пат. 2422229 Российская Федерация, B21D7/02 Способ гибки труб и станок для осуществления способа [Текст] / Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-производственное объединение «ТЕХНО-МАШ» (RU) 2010104554/02, 11.02.2010, Опубл. 27.06.2011.

11. Пат. 2354478 Российская Федерация, B21D9/05 Способ гибки тонкостенных труб и устройство для его осуществления [Текст] / Общество с ограниченной ответственностью «Санприбор», 2007141713/02, 13.11.2007 Опубл. 10.05.2009.

12. Лукьянов, В.П. Изготовление крутоизогнутых цилиндрических змеевиков из труб методом горячей протяжки по специальному ргообразному сердечнику [Текст] / В. П. Лукьянов, И.И. Маткава, В.А. Бойко // Заготовительные производства в машиностроении. - 2003. - №5. - С.23-27.

13. Пат. 2205712 Российская Федерация, МПК7 В21 С37/28. Способ изготовления крутоизогнутых отводов [Текст] / Павлов Ю.К., Маткава И.И., Павлов О.Ю., ТерехинаШО. Заявл. 10.04.2001. Опубл. 10.06.2003.

14. Пат. Германия МПК7 В21 D9/18, В21 D9/16. Verfahren und Vorrichtung zum Induktivbiegen von Rohren [Текст] / : заявитель и патентообладатель Mannesmannröhren - Werke AG, Anez Uwe, Leppmann Nobert, Groß - Weege Johannes. - 10240341; заявл. 27.08.2002; опубл. 18.03.2004.

15. Никитин, В.А. Технологические особенности гибки труб с применением индукционного нагрева [Текст] / В.А. Никитин // Вестник, технол. судостр. - 2003. - № 10.-С. 68-71, 175, 181.

16. Induktivbiegen von Rohren. Bergmonn [Текст] / Lutz. 3R Int. - 2007. -№5.-С. 312-315.Нем.

17. Effects of scanning schemes on laser tube bending [Текст] / Zhang Jie, Cheng Peng, Zhang Wenwu, Graham Michael, Jones Jerry, Jones Marshall, Yao Y. Lawrence, (Department of Mechanical Engineering, Columbia University, New

York, NY 10027). Trans. ASME. J. Manuf. Sci. and Eng. - 2006. - 128 №1. - C. 20-33.

18. The effects of nonconventional laser beam geometries on stress distributions in laser bending of tubes [Текст] / Safdar Shakeel, Li Lin, Sheikh M.A., Liu Zhu (University of Manchester, United kingdom). Trans. ASME. J. Manuf. Sci. and Eng. - 2007. - 129 №3. - C. 592-600.

19. Wang Xuyue, Tao Chunhua, Xu Weixing, Xu Yunfei, Wu Dongjiang (Daliam Unversity of Technology, China). Zhongguo jiguang= Chin. J. Lasers. -2008. - 35 №11. - C. 1813-1820.

20. Ланской, E.H. Некоторые тенденции развития технологии холодной обработки давлением листов, труб и профилей [Текст] / Е.Н. Ланской // КТ1ГП ОМД. - 2005. - №11. -

21. Пат. 2312727 Российская Федерация, МПК В21 D9/15 Способ изготовления гнутых изделий из коротких толстостенных труб в штампе [Текст] / Поксеваткин М.И., Овчаров Г.А., Шпильников А.А., Поксеваткин Д.М. За-явл. 05.12.2005, Опубл. 20.12.2007.

22. Комамико, С.Г. Штамповка изогнутого отвода из стали 20 [Текст] / С.Г. Комамико, А.Г. Комамико, Г.Н. Кулик, М.В. Моисей, К.В. Суздаль // За-гот. пр-ва в машиностр. - 2008. - №2. - С. 30-33.

23. Лукьянов, В.П. Штамповка крутоизогнутых отводов из трубных заготовок титанового сплава [Текст] / В.П. Лукьянов, И.И. Маткова, В.А. Бойко, Д.В. Доенко, А.Г. Безкоравайнов // Загот. пр-ва в машиностр. - 2010. -№4.-С. 16-19.

24. Пат. 7140225 США, МПК7 В21 D9/08. Method of bending pipe and apparatus therefore [Текст] / Yutaka Giken Co., Ltd, Takahashi Hiroynki, Takada Hiroshi. Заявл. 17.12.2004; Опубл. 28.11.2006.

25. Пат. 2339477 Российская Федерация, МПК В21 D9/15. Способ гибки труб с наполнителем [Текст] / Козин В.М., Одиноков В.И., Тимашев С.А., Марьин Б.Н., Козин М.В. Заявл. 21.09.2006. Опубл. 27.11.2008.

26. Пат. 2349406 Российская Федерация, МПК В21 D9/15. Способ гибки тонкостенных труб [Текст] / Козин В.М., Верещагин В.Ю., Цветков A.M., Грисяк A.A. Заявл. 20.12.2006. Опубл. 20.03.2009.

27. Пат. 2308342 Российская Федерация, МПК В21 D9/15.Cnoco6 гибки тонкостенных труб [Текст] / Одиноков В.И., Козин В.М., Тимашев С.А., Марьин Б.Н. Заявл. 12.04.2006. Опубл. 20.10.2007.

28. Пат. 2322320 Российская Федерация, МПК В21 D9/15. Способ гибки тонкостенных труб [Текст] / Одиноков В.И., Козин В.М., Тимашев С.А., Марьин Б.Н. Заявл. 12.04.2006. Опубл. 20.04.2008.

29. Пат. 2384380 Российская Федерация, МПК В21 С37/28, В21 D9/12. Устройство для формовки крутоизогнутых патрубков переменного сечения [Текст] / Бондарь A.B., Гребенщиков A.B., Сухороков Н.В., Гордон A.M., Гладкова Л.Д., Ватолин Б.В., Боев И.И., Короткова H.H., Серов В.Л. Заявл. 14.07.2008. Опубл. 20.03.2010.

30. Пат. 2405645 Российская Федерация, В 21 D 9/12 Способ изготовления крутоизогнутых отводов и устройство для их формообразования [Текст] / Кудряшов A.A. Опубл. 10.12.2010 г. Бюл. № 34

31. Осипов, А.Ф. Гибка труб в эксперементальном производстве [Текст] / А.Ф. Осипов // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. - 2006. - №1. - С. 29-31.

32. Пат. 2242314 Российская Федерация, МПК7В21 D9/01. Способ гибки труб [Текст] / Пресыпкинский В.П., Осипов А.Ф. Заявл. 30.08.2002. Опубл. 20.12.2004.

33. Пат. 2241561 Российская Федерация, МПК7В21 D9/12. Способ изготовления гибкой крутоизогнутых патрубков [Текст] / Танеев М.В., Голуб В.В., Давыдов О.Ю., Егоров В.Г., Заявлено 07.04.2003. Опубл. 10.12.2004.

34. Моделирование формообразования осесимметричных элементов трубопровода в разъемных матрицах [Текст] / В.Г. Егоров, О.Ю. Давыдов, П.Д. Чудаков, О.М. Болтенкова // Наука и технологии. Секция 3. Динамика и прочность. — Краткие сообщения XXVII Российской школы, посвященной

150-летию К.Э. Циолковского, 100-летию С.П. Королева и 60-летию Государственного ракетного центра «КБ им. Академика В.П. Макеева». - Екатеринбург УрО РАН, 2007. - С. 64 - 66.

35. Исаченков, Е.И. Штамповка резиной и жидкостью [Текст] / Е.И. Исаченков. - «Машиностроение», 1967. - 367 с.

36. A.c. 633635 В21 С 37/15, В21 D 31/04, В21 D 41/02 Способ изготовления тонкостенных крутоизогнутых отводов [Текст] / А.Г. Пашкевич, A.B. Орехов, Ю.П. Тюпич, заявитель Московский авиационный технологический институт им. К.Э. Циолковского заявл. 30.03.76 № 2341994/25-27 опубл. 25.11.78 Бюл. №43.

37. A.c. 774717, В21 D 41/02 Способ изготовления тонкостенных патрубков [Текст] / А.Г. Пашкевич, A.B. Орехов, В.Д. Гаврилин, Ю.А. Волков, заявитель Московский авиационный технологический институт им. К.Э. Циолковского заявл. 12.12.78 № 2694791/25-27 опубл. 30.10.80 Бюл. №40.

38. Горленко, A.M. Пневмотермическая формовка тонкостенных деталей из трубных заготовок [Текст] / A.M. Горленко, А.Г. Пашкевич, С.А. Осипов, В.В. Мироненко // Заготовительные производства в машиностроении. -2012.-№8.-С. 26-28.

39. Пат. 2211104 Российская Федерация, МПК7 В21 D22/12. Способ формообразования сферических камер в трубе [Текст] / Исаченков Е.И., Степанов A.B., Заявл. 18.01.2001, Опубл. 27.08.2003.

40. Кутышкина, Е.А. Анализ технологических параметров гибки деталей типа «отвод» [Текст] / Е.А. Кутышкина // Известия МГТУ «МАМИ». -2012.-№1.- С. 166-168.

41. Технологические и конструктивные ограничения в процессе гибки труб [Текст] / А.И. Долматов, М.Н. Багмет, С.Е. Маркович, И.А. Жданов // Авиац.-косм. техн. и технол. - 2011. - № 6. - С. 5 - 10.

42. Chen Xian-cheng Математическое моделирование и экспериментальное исследование гибки с проталкивание трубных колен из AI 5083

[Текст] / Chen Xian-cheng, Yuan Zheng, Yan Jian-jun // Duanya jishu=Forming and Technol. - 2011. - № 1. -P. 57 - 60.

43. Xu Xiaobing Математическое моделирование изменения толщины стенок при гибке труб [Текст] / Xu Xiaobing, Guan Qiang // Duanya jishu=Forming and Technol. - 2011. - № 6. -P. 133 - 136.

44. Corona E, Yield anisotropy effects on buckling of circular tubes under bending [Текст] / E. Corona, L.-H. Lee, S. Kyriakides // Int. J. Solids fhd Struct. -2006.-43.-P. 7099-7118.

45. Hilberink A, A finite element method approach on linear wrinkling of lined pipe during bending [Текст] / A. Hilberink, A.M. Gresnigt, L.J. Sluys // The Proceedings of 21 International Offshore and Engineering Conference. - 2011. -Vol. 2.-P. 155-164.

46. Клименков, A.H. Влияние разнотолщинности поперечного сечения на предельные параметры гибки тонкостенных труб [Текст] / А.Н. Клименков // Труды 7 Международной научно-технической конференции и Школы молодых ученых, аспирантов и студентов «Авиакосмические технологии». -Воронеж: ВГТУ. - 2006. - С. 77 - 82.

47. Исследования процесса формовки малого радиуса и полукруглого колена [Текст] / Jiang Xueqiang, Cao Hai-qiao, Ji Wei, Zhou Zhao-hui, Hao Ai-guo // Duanya jishu=Forming and Technol. - 2011. - № 2. -P. 27 - 29.

48. Кутышкина E.A. Моделирование процесса гибки трубной заготовки проталкиванием [Текст] / Е.А. Кутышкина // Состояние, проблемы и перспективы развития кузнечно-прессового машиностроения, кузнечно-штамповочных производств, Рязань, 2010: Сборник докладов и материалов 10 Конгресса «Кузнец-2010». М.: Рос. Ассоц. производителей станкоинструм. продукции «Станкоинструмент». -2010.-е. 347.

49. Пат. 1466084 Российская Федерация, МПК6 В21 D9/00, В21 D9/12. Способ изготовления гибкой крутоизогнутых патрубков [Текст] / Захарченко Н.Д., Егоров В.Г., Патентообладатель: Научно-исследовательский институт

автоматизированных средств производства и контроля, заявка: 4239210/27, 30.04.1987, опубл. 27.06.1995.

50. Алексеев, Д.А. Математическое моделирование упругопластичско-го деформирования при гидроформовке бочкообразной оболочки [Текст] / Д.А. Алексеев, М.В. Грязев // Заготовительные производства в машиностроении.- 2010. - №10. - С. 17 - 19.

51. Yang Lian-fa Novel approach for analysis of deformation behavior of thin-walled tube in free hudro-bending process [Текст] / Yang Lian-fa, Guo Cheng //Nonferrous Metals Soc. - China. - 2005. - 15. - P. 299 - 304.

52. Orban Hatem Analytical modeling of wall thinning during corner filling in structural tube hydroforming [Текст] / Orban Hatem, Hu Jack S. // J. Mater. -process. Technol. - 2007. - № 1-3. - P. 7 - 14.

53. Elyasi M. Mechanism of improvement of die corner filling in a new hydroforming die for stepped tubes [Текст] / M. Elyasi, M. Bakhshi-jooybari, A. Gorji. - 2009. - № 9. - P. 3824 - 3830.

54. Investegation on preformed shape design to improve formability in tube hydroforming process using [Текст] / W.J. Song, S.C. Heo, J. Kim, B.S. Kang // J. Mater. - process. Technol. - 2006. - № 1-3. - P. 658 - 662.

55. Моисеев, B.K. Совершенствование технологии изготовления трубчатых и полых деталей летательных аппаратов эластичным инструментом с упровляемым формоизменением: Автореф. Дис. на соиск. уч. степ. докт. техн. наук [Текст] / В.К. Моисеев // Самар. гос. аэро-косм. ун-т. Самара. -2006.-с. 32.

56. Моделирование процесса получения сверхпластической формовкой сложнопрофильной оболочки из трубной заготовки. [Текст] / Е.В. Панченко, П.А. Алексеев, К.А. Туркин, P.O. Семенова // Технология машиностроения. -2010.-№8.-С. 57-59.

57. Ни Weilong Deformation analyses of the integrated hydro-bulge forming of a spheroidal vessel from different perform types [Текст] / Ни Weilong, Z.R. Wang // J. Mater. - process. Technol. - 2004. - № 1-3. - P. 275 - 283.

58. Болтенкова, О.М. Моделирование кинематики пластического течения при гибке патрубков раздачей [Текст] / О.М. Болтенкова, А.И. Кочегаров // Наука и технологии. Материалы XXXI Всероссийской конференции. - Ми-асс: МСНТ.-2011.-С. 125-131.

59. Болтенкова, О.М. Определение параметров штамповки раздачей крутоизогнутых и ступенчатых патрубков [Текст] / О.М. Ботенкова, А.И. Кочегаров // Авиационная промышленность. - 2011. - №4- С. 41-47.

60. Определение кривых упрочнения материалов особотонкостенных труб методом осадки кольцевых образцов [Текст] / В.Г. Егоров, Н.Д. Захар-ченко, Л.Д. Чудаков, Н.М. Макаров // Авиационная промышленность. - 1988. -№ 1.-С. 43-44.

61. Егоров В.Г. Разработка технологических процессов и определение энергосиловых параметров формообразования высокоресурсных элементов особотонкостенного трубопровода: Дис. канд. тех. Наук / Воронеж, технолог. Институт. — Воронеж., 1988. - 222 с.

62. Егоров, В.Г., Совершенствование гибочных операций в процессе формообразования элементов тонкостенного трубопровода [Текст] / В.Г. Егоров, О.Ю. Давыдов, О.М. Болтенкова // Заготовительные производства в машиностроении. - 2013. - № 9. - С. 23-28.

63. Болтенкова О.М. Применение раскатных трубных заготовок в операциях гибки патрубков / О.М. Болтенкова, О.Ю. Давыдов, В.Г. Егоров // Материалы LI Отчетной научной конференции за 2012 год. - Воронеж: ВГУИТ, 2013.-4.2.-С. 137.

64. Болтенкова, О.М. Моделирование равномерного пластического течения при гибке патрубков [Текст] / О.М. Болтенкова // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. - 2013. -№2(56).-С. 80-83.

65. Заявка № 2012127495/02 МПК7 В21 D 22/02. Способ формообразования крутоизогнутых патрубков / В.Г. Егоров, О.Ю. Давыдов, О.М. Болтенкова. -Заявл. 02.07.2012. - Решение о выдаче патента от 14.10.2013.

66. Пат. 2391166 Российская Федерация, МПК В21С 37/28, B21D 37/02 Штамп для формообразования полых деталей из трубных заготовок [Текст] / Егоров В.Г., Голуб В.В., Кочегаров А.И., Болтенкова О.М.; патентообладатель ООО «АКВАПАСКАЛЬ». - № 2008137895/02; заявл. 22.09.2008; опубл. 10.06.2010, Бюл. № 16. - с. 12.

67. Способ формообразования полых деталей тонкостенного трубопровода / В.Г. Егоров, О.Ю. Давыдов, М.В. Танеев, О.М. Болтенкова // Сборник трудов пятой международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». -Санкт-Петербург, 2008. - Т. 13. - С. 329 - 330.

68. Boltenkova, О.М. Shaping machine of high resorced pipeline elements [Текст] / О.М. Boltenkova // Proc. the fifth world congress "Aviation in the XXI -Stcentry" : Safety in Aviatijn and Space Technol. - Kyiv, 2012. - Vol. 1. - P. 1.2.19-1.2.20.

69. Болтенкова, О.М. Интенсификация процесса формообразования элементов трубопровода с изогнутой осью [Текст] / О.М. Болтенкова // Материалы Международной научно-технической конференции «Адаптация технологических процессов к пищевым машинным технологиям» : В 3 ч. Ч. 3 / Воронеж, гос. ун-т инж. технол. - Воронеж, 2012. - С. 89-94.

70. Болтенкова, О.М. Показатели качества при гибке патрубков раздачей [Текст] / О.М. Болтенкова, О.Ю. Давыдов, В.Г. Егоров // Механика и процессы управления. Том 1. Материалы XXXXI Всероссийского симпозиума.-М.: РАН, 2011.- С. 251-256.

71. Исаченков, Е.И. Развитие технологии штамповки эластичными, жидкостными и газовыми средами [Текст] / Е.И. Исаченков // Кузн.-штамп. пр-во. - 1976.-№7.- С. 2-5.

72. Егоров В.Г. Сравнительный анализ способов гибки тонкостенного трубопровода / В.Г. Егоров, О.Ю. Давыдов, О.М. Болтенкова // Материалы XLIX Отчетной научной конференции за 2010 год. - Воронеж: ВГТА, 2011. — 4.2.-С. 140.

73. Егоров, В.Г. Оценка предельных возможностей формообразования патрубков проталкиванием / В.Г. Егоров, О.Ю. Давыдов, М.В. Танеев // Заготовительные производства в машиностроении. - 2004. - № 2. - С. 30 - 32.

74. Гибка раздачей крутоизогнутых патрубков / В.Г. Егоров, О.Ю. Давыдов, М.В. Танеев, О.М. Болтенкова // Материалы ХЫХ Отчетной научной конференции за 2010 год. - Воронеж: ВГТА, 2011. - 4.2. - С. 135.

75. Болтенкова, О.М. Испытания на ресурс элементов трубопровода [Текст] / О.М. Болтенкова, О.Ю. Давыдов, В.Г. Егоров // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королёва (нациального исследовательского университета). - 2012. - №4(35). -С. 134-137.