Разработка технологии изготовления деталей ломаного контура из листового металла с утолщением в углах для решетчатых рулей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Боярский Даниил Сергеевич

• Боярский Даниил Сергеевич
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Боярский Даниил Сергеевич

Введение

Глава 1. Обзор литературы и формулировка задач исследования в области изготовления пилообразных деталей для решетчатых рулей

1.1. Влияние утонения в вершинах деталей пилообразной формы из листовых материалов на эксплуатационные характеристики изделий машиностроения

1.2. Влияние технологии изготовления деталей пилообразной формы из листовых материалов на эксплуатационные характеристики аэродинамических решетчатых рулей летательных аппаратов

1.3. Поиск технологических средств утолщения в вершинах стенки деталей пилообразной формы

1.4. Задачи исследования представленной диссертационной работы

Глава 2. Материально-техническое и методическое обеспечение для анализа технологических процессов формообразования деталей уголковой формы из листовых материалов

2.1. Место физического эксперимента при изучении пластического формоизменения листового материала в условиях гибки и переформовки уголковых деталей

2.1.1. Описание прессового оборудования для изучения формообразования уголковых деталей в условиях пластического деформирования листового материала

2.1.2. Описание технологической оснастки для изучения формообразования деталей У-образной формы в условиях пластического деформирования листового материала

2.2. Использование метода верхней оценки как основа теоретического анализа процессов пластического формоизменения деталей из листовых материалов

2.3.Использование метода конечных элементов как основа проведения численного анализа процессов пластического формоизменения деталей из листовых материалов

2.3.1. Общий подход к использованию метода конечных элементов

2.3.2. Последовательность построения конечно-элементной модели объекта анализа

2.4. Аппроксимация диаграмм деформирования сплавов по их механическим характеристикам

2.4.1. Аппроксимация диаграмм напряженно-деформированного состояния металлических сплавов полиномом 2-й степени

2.4.2. Аппроксимация диаграмм напряженно-деформированного состояния металлических сплавов степенной зависимостью

2.5. Верификация результатов использования программных продуктов, реализующих конечно-элементное моделирование при анализе процессов гибки

в пластической области деформирования

Выводы по Главе

Глава 3. Анализ изменения толщины стенки в углах детали ломаного контура и образования гофров при её формообразовании

3.1. Динамика утонения деталей уголковой формы при их изготовлении в инструментальном штампе как основа создания компенсирующих технологий

3.2. Численный анализ увеличения толщины стенки уголковых деталей за счет создания избытка металла в полуфабрикате

3.3. Численный анализ образования гофров, их посадки на плоскость штампа и упругого восстановления формы на базе решения задачи о косом сжатии пластины

3.4. Выбор работы деформирования в качестве критерия, определяющего доминирование процессов образования гофров и утолщения на концах

пластины с избытком длины при её косом сжатии между плитами штампа

Выводы по Главе

Глава 4. Практические результаты разработки и реализации технологии формообразования деталей "-образной формы с утолщением в углах из листового материала для решетчатых рулей летательных аппаратов

4.1. Назначение деталей \У-образной формы с утолщением в углах в конструкциях решетчатых рулей применительно к процессам изготовления

4.2. Реализация технологии формообразования деталей W-образной формы из листа с утолщением в вершинах для решетчатых рулей летательных аппаратов

4.3. Статистический анализ результатов применения предложенной технологии формообразования W-образных деталей с утолщением в углах

4.3.1. Статистическая оценка прироста толщины в углах W-образных деталей при использовании предложенной технологии (Первая серия экспериментов)

4.3.2. Статистическая оценка прироста толщины в углах W-образных деталей в широком диапазоне изменения толщин при использовании предложенной технологии (Вторая серия экспериментов)

4.4. Конечно-элементный анализ явлений, сопровождающих утолщение в вершинах W-образных деталей при выполнении операции переформовки полуфабриката

4.5. Изучение с помощью профилометра БВ - 7669 волнистости полок деталей

W - образной формы после переформовки полуфабриката

4.6. Методика обоснования конструктивно-технологических решений в области производства сборно-паяных конструкций решетчатых рулей (на примере

пластин W-образной формы для изделия Р-77)

Выводы по Главе

Общие выводы и заключение

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии изготовления деталей ломаного контура из листового металла с утолщением в углах для решетчатых рулей»

Актуальность работы

В различных отраслях машиностроения широко применяются детали из листа ломаного контура (У-образные, "-образные и пилообразные). В летательных аппаратах это элементы силового набора (шпангоуты и стрингеры). В теплообменниках это гофрированные пластины. В электросиловых установках это шины электрических цепей.

Изготовление таких деталей основано на применении технологии гибки листовых заготовок. Эта технология хорошо освоена благодаря трудам большого количества ученых, а также учебных и промышленных организаций РФ и за рубежом. Характерным сопутствующим фактором технологии гибки, как показали многочисленные научные изыскания, является утонение в углах деталей. Оно может существенно осложнить функционирование многих машин: снижается несущая способность силовых конструкций, снижается теплопроводность и электропроводность.

В классе деталей из листа ломаного контура широкую группу образуют комплектующие детали пилообразного контура к аэродинамическим решетчатым рулям сборно-паяной конструкции. В углах деталей создаются стыковочные площадки, в которых формируются паяные соединения. В результате образуются квадратные ячейки с ребрами - планами,

Формообразование деталей из листа пилообразного контура также основано на применении технологии гибки. Ломаный контур таких деталей с любым числом звеньев может быть получен на прессе двойного действия, где один пуансон фиксирует готовое звено детали, а другой пуансон осуществляет формирование нового звена.

Утонение в углах деталей пилообразного контура для аэродинамических решетчатых рулей уменьшает площадку стыка между деталями, и как следствие, прочность и жесткость конструкции в целом.

Таким образом, повышение толщины деталей ломаного контура в углах является актуальной проблемой как для машиностроения в целом, так и для производства деталей к решетчатым рулям.

Научных работ, посвященных утолщению деталей в углах, крайне мало. Для компенсации гибочного утонения в вершинах уголковых деталей в Национальном институте авиационных технологий и ОАО «Технощит» (М.А.Бабурин и др.) предложена технология 2-х операционного формообразования. На 1 -й операции изготавливался полуфабрикат с углом, меньшим, чем у готовой детали, что создает избыток металла. На 2 -й операции осуществляется переформовка полуфабриката и за счет сжатия полок, достигается утолщение вершины детали. Подобные процессы предложены в МГТУ им. Н.Э. Баумана (А.В. Власов и др.) и в Самарском государственном аэрокосмическом университете (В.К. Моисеев и др.).

Однако сжимающие напряжения в области пластических деформаций будут вызывать потерю её устойчивости и образование гофров в полках деталей. Это является причиной формирования волнистости полок деталей после снятия нагрузки на деталь, которая ограничена требованиями рабочего чертежа.

Целью данной работы является повышение прочности соединения и жесткости конструкции решетчатых рулей за счет увеличения площади стыка деталей в паяном соединении. Предметом исследования являются взаимосвязанные процессы образования гофров и утолщения в вершине детали.

Достижение поставленной цели требует обоснованной методики выбора технологических режимов операций и геометрических параметров заготовок и оснастки.

Для разработки методики сформулированы задачи исследования: 1. Изучить закономерности процесса утонения при гибке листовых заготовок как основу создания технологии компенсации этого явления и обеспечения требуемой ширины площадки стыка и прочности соединения между деталями.

2. На базе конечно-элементного моделирования изучить процессы гофрирования полок пилообразных деталей и утолщения в углах в условиях взаимодействия со стенками инструмента.

3. Предложить аналитическую модель для определения параметров волнистости полок (числа и высоты гофров)

4. Предложить технологию изготовления W-образных деталей с утолщением в углах.

5. Экспериментально подтвердить формирование утолщения в углах "-образных деталей.

6. Разработать методику обоснованного выбора технологических параметров изготовления W-образных деталей, обеспечивающих требования к ширине площадки стыка и допустимой волнистости полок.

Научная новизна исследований состоит в теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении возможности создания приемлемого технологического процесса.

Признаками научной новизны обладают следующие положения:

1. Конечно-элементные и аналитические модели для изучения процессов гофрирования полок пилообразных деталей и утолщения в углах в условиях взаимодействия со стенками инструмента.

2. Результаты моделирования, позволившие установить закономерности процесса переформовки полуфабриката с избытком длины:

• При сжатии гофров стенками инструмента может происходить два

процесса: а) распрямление гофров, смещение металла к концам полки детали и утолщение стенки в углах детали; б) увеличение числа гофров и уменьшение их амплитуды.

• Доминирующему процессу между гофрированием и утолщением в углах

детали соответствует меньшая по величине работа деформирования.

3. Результаты экспериментального исследования стабильности утолщения в углах деталей "-образной формы и параметров волнистости полок.

4. Методика обоснования избыточной длины заготовки и геометрических параметров инструмента для технологии утолщения в углах, исходя из условия обеспечения ширины площадки стыка между W-образными деталями решетчатых рулей.

Практическая значимость работы состоит:

• в разработанной технологии утолщения деталей W- образной формы в углах при соблюдении требований к волнистости полок, новизна которой подтверждена патентом на изобретение яи 2 791 199 С1;

• в разработанных рекомендациях на назначение избытка длины заготовки и в согласовании технологических параметров формообразующих операций, обеспечивающих выполнение требуемого утолщения стенки в вершине при допустимой остаточной волнистости полок;

• в обеспечении требований к ширине площадок стыка W- образных деталей и пространственному расположению плоскостей- планов собранных решетчатых рулей.

Практическая значимость научных, методических и технологических разработок подтверждается техническими актами внедрения технологий и оборудования на предприятиях АО «НПО «Техномаш», ОАО «Технощит» и используется в учебном процесс МГТУ им Н.Э. Баумана.

Научно-практические положения, выносимые на защиту:

• установленные механизмы утолщения деталей пилообразной формы в углах при их изготовлении из заготовок с избытком длины, которые являются основой для управления технологическим процессом;

• энергетический подход к определению границ перехода от механизма утолщения пилообразных деталей в углах к механизму увеличения числа полуволн в их сжимаемых полках, как основу выбора технологических режимов изготовления;

• экспериментально установленная закономерность и стабильность утолщения в углах пилообразных деталей с ростом избытка длины заготовки;

• разработанные рекомендации для построения технологического процесса изготовления деталей пилообразной формы, обеспечивающие совмещение операций формообразования и позволяющие добиться утолщения вершин деталей пилообразной формы при допустимой остаточной волнистости полок.

Методы исследований. Теоретические положения работы базируются на использовании верифицированных аналитических и численных методов исследования, положений теории вероятности и математической статистики, сертифицированных методов измерения линейных и угловых размеров, микрогеометрии профиля поверхностей деталей.

Достоверность и обоснованность научных положений и выводов, изложенных в работе, обеспечиваются корректным применением математических методов анализа и оптимизации, известных методов экспериментальных исследований на аттестованном оборудовании, сходимостью результатов аналитических моделей с экспериментальными данными, а также успешным использованием деталей в конструкциях аэродинамических решетчатых рулей.

Апробация результатов работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований докладывались на международных конференциях: два доклада на международных конференциях «Академические чтения по космонавтике» (г. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана) в 2018; 2023г.г., два доклада на V Международной научно-технической конференция "Новые материалы, подходы и технологии проектирования, производства и эксплуатации ракетно-космической техники» (Москва, 2021 г.)

Публикации. Основное содержание и результаты диссертационной работы изложены в 8 статьях общим объемом 7,5 п.л., опубликованных в журналах перечней Scopus, ВАК РФ. По материалам диссертации получен патент РФ на изобретение.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ФОРМУЛИРОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПИЛООБРАЗНЫХ ДЕТАЛЕЙ ДЛЯ РЕШЕТЧАТЫХ РУЛЕЙ

1.1. Влияние утонения в вершинах деталей пилообразной формы из листовых материалов на эксплуатационные характеристики изделий машиностроения

Тонкостенные детали ломаного контура из листового металла (V- образной, W-образной и пилообразной формы) являются ответственными элементами конструкций в различных отраслях машиностроения. В летательных аппаратах [1-7] это детали силового набора конструкции из профиля уголковой формы (стрингеры и шпангоуты) (Рисунок 1.1).

Рисунок 1.1.

Детали силового набора конструкции РКТ из профиля уголковой формы

(стрингеры и шпангоуты) В теплообменниках это гофрированные пластины [8,9], которым омываемые их жидкости отдают избыток тепловой энергии (Рисунок 1.2). Это шины электрических цепей силовых установок для электрогидравлической обработки и штамповки импульсным магнитным полем [22].

Рисунок 1.2. Гофрированные пластины теплообменников

Изготовление таких деталей основано на применении технологии гибки листовых заготовок в штампах. Процесс имеет несколько чередующихся этапов (Рисунок.1.3): свободная гибка, распрямление детали (гибка в обратную сторону) и упругий возврат (пружинение).

а)

б)

Рисунок 1.3.

Этапы процесса гибки: а) свободная гибка; б) распрямление криволинейных участков детали между плоскостями инструмента (сплошная линия) и частичное восстановление кривизны детали после снятия нагрузки (пунктирная линия)

Эта технология, как один из формообразующих процессов, хорошо освоена благодаря трудам большого количества ученых, а также учебных и промышленных организаций РФ и за рубежом [10-12, 14,15, 17-19, 23, 70, 71-73, 75]. Теория гибки создавалась такими выдающимися учеными, как М.Н.

Горбунов, В.Т. Мещерин, А.Н.Малов, Е.А. Попов, В.П. Романовский, В.И.Ершов, А.С.Чумадин, С.С. Яковлев, С.М. Поляк, R.Hill, S.Golovatshenko и др. Значительный вклад в освоение гибки внесли такие организации РФ, как МГТУ им. Н.Э. Баумана, МАИ (ТУ), МАТИ, ТГУ, СГАУ им С.П.Королева, МГТУ «Станкин», НПО «Техномаш», НИАТ и др.

Характерным сопутствующим фактором технологии гибки является утонение в углах деталей [13,16,20,69]. Оно может существенно осложнить функционирование многих машин. Так в соответствии с основами сопротивления материалов [21] снижается несущая способность силовых конструкций, что вынуждает увеличивать толщину и массу исходных листовых материалов.

1.2. Влияние технологии изготовления деталей пилообразной формы из листовых материалов на эксплуатационные характеристики аэродинамических решетчатых рулей летательных аппаратов Решётчатые рули (решётчатые крылья, стабилизаторы) представляют собой полипланные несущие системы — вариант аэродинамической поверхности, выполненный в форме плоской решётки [32]. Они широко применяются на практике для управления полетом различных типов летательных аппаратов. Так на Рисунке 1.4 представлены решетчатые рули оперативно-тактической ракеты «Точка-У» [24]. На Рисунке 1.5 можно видеть внешний вид американской планирующей бомбы GBU-43/B MOAB [25]. — важный элемент конструкции летательных аппаратов.

Решётчатые рули применялись и на межконтинентальных твердотопливных баллистических ракетах «Пионер» и «Гонец», а также на ракетах, которые известны за рубежом как «SS-20» и «SS-21».

На первой ступени ракетоносителя Falcon 9 (США) решетчатые рули обеспечивали стабилизацию полета при возврате и посадке на морскую платформу для повторного использования (Рисунок 1.6) [26]. В РФ (СССР) решетчатые рули предусматривались ракете-носителе Н-1, и системах аварийного спасения космических кораблей «Союз» при старте.

Рисунок 1.4.

Решетчатый руль на оперативно-тактической ракете «Точка-У»

-——

Рисунок 1.5.

Решетчатый руль на авиабомбе GBU-43/B MOAB

Разработка и использование решётчатых рулей в конструкциях летательных аппаратов состоялось РФ (СССР) благодаря работам коллектива ЦАГИ под руководством д.т.н. С. М. Белоцерковского [27, 28].

По сравнению с классическими рулями и крыльями аэродинамические решетчатые рули обладают работоспособностью на углах атаки до 400 , имеют

небольшую массу, могут складываться и раскладываться, имеют низкий шарнирный момент. Удобство поворота решётчатых рулей и возможность их размещения вдоль корпуса ракеты позволило уменьшить ее габаритные размеры и повысить скрытность ракетного комплекса.

Рисунок 1.6.

Решетчатые рули на первой ступени ракеты Falcon 9 (США) для стабилизации

полета при возврате и посадке

Применение складывающихся решетчатых рулей на авиационных ракетах малой и средней дальности открыло новые возможности в тактике их применения за счет более эффективного управления полетом в условиях интенсивного маневрирования. Рули чаще выполняются с квадратными ячейками, расположенными под углом 45 градусов.

Принципиально конструкция решетчатых рулей имеет прочный корпус, внутри которого расположены планы, образующие ячейки решетчатой структуры и узел, обеспечивающий возможность поворота руля вокруг нескольких осей.

Конструкция решетчатого руля может быть моноблочной и изготавливаться из стальной плиты методом электроэрозионной обработки [29,30], или путем фрезерования [31]. Отсутствие соединений при таком конструктивном исполнении обеспечивает минимальную массу и максимальную прочность решетчатому рулю. Однако применение технологии электроэрозионной

обработки требует больших затрат энергии и времени, а также сопровождается значительной потерей материала. В связи с этим такая технология наиболее эффективна в опытном и единичном производстве. При увеличении программы выпуска рулей более эффективна сборно-паяная конструкция. Кроме того, значительные сложности вызывает создание скосов на краях планов путем фрезерования.

В конструкции первой ступени ракеты Falcon 9 (США) на разных этапах применялись решетчатые рули и моноблочной, и сборной конструкции. Во втором случае решетчатый руль имел корпус с закрепленными сваркой плоскими пластинами с прорезями (Рисунок 1.7).

Пластина

Рисунок 1.7.

Конструктивная схема плоские пластины с прорезями для решетчатого руля

первой ступени ракеты Falcon 9 (США)

Ширина прорезей была равна толщине пластин. Взаимно перпендикулярные пластины соединялись прорезями, обращенными друг к другу. Такое конструктивно-технологическое решение наиболее просто реализуется в производстве любой серийности. Однако малая прочность конструкции не позволяет её использовать в сверхзвуковом потоке воздуха. Внешний вид решетчатого руля паяно-сварной конструкции для ракеты Р-77 (РВВ-АЕ) класса воздух-воздух, разработки АО "Государственное машиностроительное конструкторское бюро «Вымпел» им. И.И. Торопова под руководством Рындина Л.И., представлен на Рисунке 1.8 [28].

б)

Рисунок 1.8.

Ракета Р-77 (РВВ-АЕ) с решетчатым рулем паяно-сварной конструкции на подвеске самолета а) и внешний вид этого руля б) Толщина планов и требования сборочным соединениям определяются силами аэродинамического сопротивления, возникающими при полете летательного аппарата.

Корпус состоит из 2-х толстостенных боковин, 2-х плоских пластин и П-образного основания. Планы руля образуются 8-ми деталями W-образной формы (Рисунок 1.9). Детали попарно ориентируются углами друг к другу (Рисунок 1.10) и соединяются пайкой с использованием тугоплавкого припоя.

Рисунок 1.9.

Конструктивная схема решетчатого руля ракеты Р-77 (РВВ-АЕ) паяно-сварной конструкции: 1 - место пайки; 2- тонкостенные пластины W-образной формы; 3-элемент прочного корпуса с узлом поворота руля

При контакте пилообразных деталей вершинами планы соседних ячеек не оказываются в одной плоскости (Рисунок 1.11), что может быть источником аэродинамических возмущений. Для компенсации погрешности расположения планов А осуществляется шлифовка плоской площадки (Рисунок 1.12)

Теоретическое значение ширины площадки S = 42.6 можно оценить, предположив, что решетка состоит из пересекающихся по углом 900 пластин толщиной 8, а радиусы скругления отсутствуют. Расстояние к в этом случае будет равно к = 8/42.

ООО

I

Рисунок 1.10.

Технологическая схема взаимной ориентации деталей пилообразной формы при

изготовлении решетчатого руля

Погрешность отклонения поверхностей планов А от требуемой плоскости расположения при контакте углами деталей W-образной формы

Однако идеальная геометрическая структура решетчатых рулей искажается влиянием ряда технологических факторов.

Формообразование деталей пилообразного контура также основано на применении технологии гибки. Ломаный контур таких деталей с любым числом звеньев может быть получен на прессе двойного действия, где пуансон 1 фиксирует готовое звено детали, а пуансон 2 осуществляет формирование нового звена 5 (Рисунок 1.13).

Рисунок 1.12.

Схема шлифовки площадки стыка деталей 5, обеспечивающая требуемое расположение планов у W-образных деталей решетчатых рулей

Рисунок 1.13.

Технологическая схема изготовления пилообразной детали на прессе двойного действия: 1 и 2 - фиксирующий и формообразующий пуансоны; 3 - матрица; 4 -часть заготовки, которая не подвергалась формовке; 5 -отформованная

пилообразная часть детали

Использование описанной технологии также приведет к утонению в углах пилообразных деталей, что применительно к аэродинамическим решетчатым рулям уменьшит площадку стыка между деталями, и как следствие, прочность и жесткость паяной конструкции в целом.

Таким образом, повышение толщины деталей ломаного контура в углах является актуальной проблемой как для машиностроения в целом, так и для производства деталей к решетчатым рулям.

1.3. Поиск технологических средств утолщения в вершинах стенки деталей

пилообразной формы Стремление предотвратить утонение в вершинах деталей пилообразной формы требует поиска новых нетрадиционных технологических решений. Очевидным направлением решения этой проблемы является создание избытка объема металла в формуемой области.

Научных работ, посвященных утолщению деталей в углах, крайне мало. В качестве традиционного приема, который широко используется в листовой штамповке, можно рассматривать технологию проведения реверсивной вытяжки.

Необходимость её применения продиктована значительным утонением при осуществлении глубокой вытяжки. Процесс проводится в два перехода, но схема реализации существенно зависит от применяемого оборудования. Так при использовании гидравлических прессов и инструментальных штампов [14-16] на предварительном переходе форма купольная часть матрицы соответствовала форме перевернутой детали, что ограничивало интенсивное утонение в купольной части детали. Как вариант это могло создаваться размещением в полости матрицы профилированного вкладыша. На втором переходе вкладыш извлекался, а купольная часть выворачивалась, окончательно формируя полусферу. В разработанном в АО «НПО «Техномаш» процессе газовой изотермической вытяжки полусфер [34, 35] использовалась специальная оснастка (Рисунок 1.14).

Рисунок 1.14. Схема изотермического реверсивного формообразования полусфер для ШБ

Предварительно нагретые заготовка и части оснастки собираются между собой, а затем в нижнюю часть оснастки подавался нагретый азот, который создавал давление под заготовкой. В результате осуществлялся первый переход по формообразованию полуфабриката по форме поверхности верхней части оснастки.

На втором переходе из нижней части оснастки откачивался рабочий газ и одновременно он подавался в верхнюю часть, что заканчивалось формированием полусферы. На первом переходе преимущественно утонению подвергалась средняя часть заготовки (приблизительно в области половины величины радиуса

заготовки), а на втором переходе - в купольной части. В целом утонение оказывается близким к равномерному по радиусу заготовки.

Для компенсации гибочного утонения по аналогии с реверсивной вытяжкой в организациях АО НИАТ и АО «Технощит» (М.А.Бабурин и др.) была предложена технология 2-х операционного формообразования деталей уголковой формы [36]. На 1-й операции изготавливался полуфабрикат с углом, меньшим, чем у готовой детали, что создавало избыток металла (Рисунок 1.15, а). На 2-й операции осуществляется переформовка полуфабриката и за счет сжатия полок, достигается утолщение вершины детали (Рисунок 1.15, б).

Рисунок 1.15.

Схема 2-х операционной технологии утолщения вершины детали уголковой формы: а) -операция формовки V- образного полуфабриката, имеющего избыток

металла; б) - операция переформовки V- образного полуфабриката V- образную деталь; 1 - полуфабрикат;

2 - подвижная и неподвижная части штампа

Подобные процессы предложены в МГТУ им. Н.Э. Баумана (А.В. Власовым и М.А. Горьковым) в [33] и в Самарском национальном исследовательском университете им. С.П. Королева [37,74], где В.К. Моисеевым, М.Н. Мантусовым и др. предложена консольная формовка полиуретаном борта коробчатой детали (Рисунок 1.16).

*

а)

б)

В описанных технологических схемах увеличению толщины в углах детали будет предшествовать создание в полке сжимающих напряжений, что будет сопровождаться потерей устойчивости контура полки и образованием гофров, причем в области пластических деформаций. В конечном итоге это является причиной формирования волнистости полок деталей после снятия нагрузки на деталь, которая ограничена требованиями рабочего чертежа. При необоснованно большой величине избытка длины заготовки волнистость может стать значительной и превысить допустимое значение. Это подтверждают результаты проведенного эксперимента (Рисунок 1.17).

Полиуретан /Деталь |

V У 1

4 /

\ _! !

\ I

\| Оснастка \

Рисунок 1.16.

Консольная формовка полиуретаном борта коробчатой детали

Рисунок 1.17.

Формирование волнистости с ростом избыточной длины заготовки

Принципы анализа потери устойчивости были предложены Л.Эйлером. Важный вклад в развитие теории устойчивости внесли В.И.Феодосьев и Ю.Н.Работнов [21, 38]. В их работах исследована потеря устойчивости стержней и пластин при осевом сжатии как в области упругих, так и пластических деформаций. Определены критические нагрузки, при которых происходит потеря устойчивости. Рассмотрен также случай потери устойчивости при внецентренном сжатии.

Но потеря устойчивости в окрестности технологической оснастки ещё более сложный процесс. Во-первых, технологическую науку интересует не только момент наступления потери устойчивости, но также и амплитудно - частотные характеристики формируемой гофрированной поверхности. Кроме того, важен учет влияния сил трения на границах в процессе образования гофров.

Отсюда следует, что важно не только увеличить толщину деталей в вершине, но при этом ещё обеспечить соблюдение допуска на волнистость полок.

Таким образом, технологическая задача состоит в том, чтобы увеличить толщину деталей в углах, но при этом не вызвать волнистости полок

1.4. Задачи исследования представленной диссертационной работы Взаимосвязанные процессы образования гофров и утолщения в углах деталей с ломаным контуром являются предметом исследования. Управление этим процессом, что соответствует поставленной во введении цели, требует научно обоснованной методики выбора технологических режимов операций и геометрических параметров заготовок и оснастки. Её создание требует выполнения ряда задач исследования:

1. Изучить закономерности процесса утонения при гибке листовых заготовок как основу создания технологии компенсации этого явления и обеспечения требуемой ширины площадки стыка и прочности соединения между деталями.

2. На базе конечно-элементного моделирования изучить процессы гофрирования полок пилообразных деталей и утолщения в углах в условиях взаимодействия со стенками инструмента.

3. Предложить аналитическую модель для определения параметров волнистости полок (числа и высоты гофров)

4. Предложить технологию изготовления W-образных деталей с утолщением в углах.

5. Экспериментально подтвердить формирование утолщения в углах "-образных деталей.

6. Разработать методику обоснованного выбора технологических параметров изготовления W-образных деталей, обеспечивающих требования к ширине площадки стыка и допустимой волнистости полок.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ И МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ АНАЛИЗА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ УГОЛКОВОЙ ФОРМЫ ИЗ

ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

2.1. Место физического эксперимента при изучении пластического формоизменения листового материала в условиях гибки и переформовки

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Боярский Даниил Сергеевич, 2025 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Феодосьев В.И. Введение в ракетную технику / В.И. Феодосьев, Г.Б. Синянев. 2-е изд., исп., доп. М:, Оборонгиз. 1961. 509 с.

2. Технология самолетостроения / А.Л. Абибов, Н.М. Бирюков, В.В. Бойцов [и др.] Под ред. А.Л. Абибова. - 2-е изд., перераб. и доп. М:, Машиностроение, 1982. 551 с.

3. Основы технологии производства летательных аппаратов / В.А. Барвинок, П.Я. Пытьев, Е.П. Корнев. М.: Машиностроение. 1995. 400с.

4. Современные технологии авиастроения / А.Г. Братухин, Ю.Л. Иванов, Б.Н. Марьин, В.И. Шпорт [и др.] Под ред. А.Г. Братухина и Ю.Л. Иванова. М.: Машиностроение. 1999. 832 с.

5. Теоретические основы авиа - и ракетостроения / А.С. Чумадин, В.И. Ершов, В.А. Барвинок и др. М.: Дрофа. 2005. 784 с.

6. Современные технологии в авиа - и ракетостроении / В.А. Барвинок, В.И. Богданович, С.Г. Дементьев, В.К. Моисеев [и др.] Под ред. чл. - корр. РАН В.А. Барвинка. М.: Машиностроение. 2014. 320 с.

7. Бутузов Е.А., Шляпников А.Н. Производство корпусов баллистических ракет. М.: Гос. Изд-во оборонной промышленности. 1959. 406 с.

8. Глаголев К.В., Морозов А.Н. Физическая термодинамика. - 2-е изд., испр. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана. 2007. 272 с.

9. Шахов В.Г. Термодинамика и теплопередача. Самара: Изд-во Самарского университета. 2022. 164 с.

10. Мещерин В.Т. Справочник по листовой штамповке и штампам. М.: Росгизместпром. 1950. 316 с.

11. Малов А.Н. Технология холодной штамповки. М.: Машиностроение. 1969. 423 с.

12. Малов А.Н. Справочник технолога - машиностроителя. М.: Машиностроение. 1966.

13. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки М.: Машиностроение, 1968. 283 с.

14. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. - 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1977. 423 с.

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

16. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке Л.: Машиностроение, 1979. 522 с.

17. Теория пластической деформации металлов. / Е.П.Унксов, У.Джонсон, В.Л.Колмогоров [и др.] // Под ред. Е.П.Унксова и А.Г.Овчинникова. М.: Машиностроение, 1983. 598 с.

18. Ершов В.И., Глазков В.И., Каширин М.Ф. Совершенствование формоизменяющих операций листовой штамповки. М.: МАИ, 1990. 386с.

19. Hill R. On discontinuous plastic states with special reference to localized necking in thin sheet. Journal of the Mech. And Phys. Solid, Vol. 1, 1952, P. 19 - 30.

20. Wanintradul, C., Golovashchenko, S.F., Gillard, A.J. and Smith, L.M., "Hemming Process with Counteraction Force to Prevent Creepage," Journal of Manufacturing Processes, Vol. 16, 2014, P. 379 - 390.

21. Феодосьев В. И. Сопротивление материалов. - 17-е изд., испр. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2018. 542 с.: ил.

22. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. - 11-е изд., перераб и доп. М.: Юрайт. 2013. 315 с.

23. Степанов В.Г., Шавров И.А. Высокоэнергетические импульсные методы штамповки. Л.: Машиностроение, 1975. 280 с.

24. Карпенко. А. В. Тактический ракетный комплекс 9К79-1 «Точка-У». Tactical missile complex 9K79-1 «Tochka-U». - Военно-технический сборник «Бастион», 2018. C. 2-16.

25. Enter MOAB / National Review, March, 12, 2003. URL. https://www.nationalreview.com/ 2003/03/enter-moab-mackubin-thomas-owens/ (дата обращения 18.11.2022)

26. G. A. Faza. Study of Swept Angle Effects on Grid Fins Aerodynamics Performance. // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 1005 (2018) 012013. Р. 2-6.

27. Белоцерковский С. М., Тюленев А. И., Одновол Л. А., Фролов В. Н. Решетчатые крылья. М.: изд-во ВВИА им. Н. Е. Жуковского. 1961. С. 26-35.

28. Официальный сайт АО Государственное машиностроительное конструкторское бюро «Вымпел» им. И.И. Торопова: [сайт]. URL. https://vympelmkb.com (дата обращения: 21.12.2021).

29. Подураев В.Н. Обработка резанием жаропрочных и нержавеющих материалов. М.: Изд-во «Высшая школа», 1965. 519 с.

30. Технология производства жидкостных ракетных двигателей / В.А. Моисеев,

B.А. Тарасов, В.А. Колмыков, А.С. Филимонов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана. 2008. 381с.: ил.

31. Справочник технолога- машиностроителя. В 2т. Т.2 / под ред. А.М. Дальского, А.Г.Суслова, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. 5-е изд., перераб. М.: Машиностроение -1. 2001. 944 с.

32. Аэродинамика / А.Г.Голубев [и др.] Под ред. В.Т. Калугина. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана. 2010. 687 с.

33. Способ гибки на прямой угол с малым радиусом. пат. №2323057 С2. // Горьков М.А., Власов А.В; опубл. 27.04.2007.Бюл.№12

34. Вайцехович С.М., Соболев Я.А., Кривенко Г.Г., Бараев А.В., Поликаров

C.П. Газовая изотермическая штамповка полусфер титановых шар баллонов в вакууме. // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. 2013. №10. С. 18-23.

35. Патент на изобретение №2529259 Российской Федерации МПК (7) В2Ш 26/02, В23Б 26/00. Штамп для формообразования изделий из листовых заготовок / Вайцехович С. М., Кривенко Г. Г., Бараев А. В. и др. (Россия) - заявитель и патентообладатель ФГУП «НПО «Техномаш» (RU); № 2 013 111 475. заявл. 15.03.2013; опубл. 20.09.2014.Бюл.№ 26.

36. Способ изготовления профилей преимущественно W-образного сечения: пат. № 22673773. / Бабурин М. А., Водянский М. Л., Грачев А.В. опубл. 10.01.2006.Бюл.№01

37. Штамповка криволинейных бортов листовых деталей эластомером с наложением тангенциального сжатия / М. Н. Мантусов [и др.] // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2021. №4. С. 17-22.

38. Работнов Ю. Н. Механика деформируемого твёрдого тела. М.: Наука, 1988. 712 с.

39. Томсен Э., Янг Ч., Кобаяши Ш. Механика пластических деформаций при обработке металлов. М.: Машиностроение. 1968. 504 с.

40. Тарасов В.А. Методы анализа в технологии машиностроения. Аналитическое моделирование динамических процессов обработки материалов. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1996. 187 с.

41. Практическое руководство к программному комплексу DEFORM-3D: учебное пособие / В.С. Паршин, А.П. Карамышев, И.И. Некрасов, А.И. Путин, А.А. Федулов. Екатеринбург: УрФу. 2010. 266 с.

42. Kuwabara T. Advances in Experiments on Metal Sheets and Tubes in Support of Constitutive Modeling and Forming Simulations // International Journal of Plasticity. 2007. Vol. 23, Iss. 3. P. 385-419.

43. Жилкин В.А. Моделирование и статический расчет конструкций в MSC PANRAN- NASTRAN - MARC. М.: Изд-во «Проспект Науки». 2016. 240с.

44. Дмитриев А.М., Воронцов А.Л. Аппроксимация кривых упрочнения металлов // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2002. № 6. С. 16-22.

45. Воронцов А.Л. Об аппроксимации кривых упрочнения // Вестник машиностроения. 2002. № 1. 51 с.

46. Воронцов А.Л. Теоретическое обеспечение технологической механики: Условие пластичности, Описание упрочнения и связь между напряжениями и деформациями // Вестник машиностроения. 2013. № 4. С. 62-70.

47. Чумадин А.С. Теория и расчеты процессов листовой штамповки (для инженеров). Второе издание. M.: «Экспосервис "ВИП"», 2014. 216 с.

48. Дель Г.Д. Технологическая механика. М.: Машиностроение, 1978. 174 с.

49. Storakes B. Plastic and visko-plastic instability of a thin tube under internal pressure, torsion and axial tension. JJVS. 1968, Vol 10, # 6, Р. 510-529.

50. Savelev L. M. Material deformation curve approximation in strength and stability analysis // Russian Aeronautics. 2011. Vol. 54. No. 3. P. 292-297.

51. М. Л. Бернштейн, В.А Займовский. Механические свойства металлов. 2-е изд. М.: Металлургия. 1979. 326 с.

52. Аппроксимация диаграмм деформирования сталей по их механическим характеристикам / Д.С. Боярский [и др.] // Черные металлы. 2020. № 8. С. 59-63.

53. Аппроксимация диаграмм деформирования металлических материалов при воздействии высокого гидростатического давления / Д.С. Боярский [и др.] // Деформация и разрушение материалов. 2021. №7. С. 23-29.

54. Approximation of the Stress-Strain Curves of Metallic Materials Subjected to a High Hydrostatic Pr essure/ D. Boyarskii [et al.] // Russian Metallurgy (Metally). Vol. 2022. No. 4. Р. 375-379.

55. Боярский Д.С. Методика анализа базы диаграмм напряженно-деформированного состояния в программно-математической среде Deform - 3D для изучения процессов пластического деформирования материалов // Политехнический молодежный журнал МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2020. №2. (Свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-65907). DOI: 10.18698/2541-80092020-2-581.

56. Бриджмен П. Исследование больших пластических деформаций и разрыва: Влияние высокого гидростатического давления на механические свойства материалов // Пер. с англ. М.: URSS-Либроком. 2010. 444 с.

57. Белл Дж. Ф. Экспериментальные основы механики деформируемых твердых тел. В 2 частях. Ч. 2. Конечные деформации // Пер. с англ. под ред. А. П. Филина. М.: Наука: Гл. ред. физ.-мат. лит., 1984. 432 с.

58. Влияние трения и упругого восстановления формы на развитие гофров при косом сжатии пластины в штамповой оснастке / Д.С. Боярский [и др.] // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2023. №2. С. 61-72.

59. Численный анализ эволюции процесса гофрообразования при косом обжатии пластины в условиях гибки уголковых деталей / Д.С. Боярский [и др.] // Известия ВУЗов. Сер. Авиационная и ракетно-космическая техника. 2022. № 9. С. 92-99.

60. Утонение стенки в вершине детали уголковой формы при гибке в инструментальном штампе / Д.С. Боярский [и др.] // Технология металлов. 2021. № 4. С. 22-27.

61. Wall Thinning at the Vertex of an Angle Piece for Bending in a Tool Die / D. Boyarskii [et al.] // Russian Metallurgy (Metally). Vol. 2021. No. 13. Р. 1738-1742.

62. Боярский Д.С., Баскаков В.Д. Методика приближенной оценки утонения детали уголковой формы при гибке в инструментальном штампе // Сборник докладов, посвященный памяти академика С.П. Королёва и других выдающихся отечественных ученых — пионеров освоения космического пространства. М.: XLIV Академические чтения по космонавтике. Москва. 2020. С. 399-401.

63. Боярский Д.С., Баскаков В.Д. Варианты расчёта параметров диаграмм деформирования металлических сплавов при воздействии высоких температур и гидростатического давления // Труды V Международной научно-технической конференции «Новые материалы, подходы и технологии проектирования, производства и эксплуатации ракетно-космической техники»: в сб. докл. Москва. 2021. М.: Издат. дом «Спектр». С. 11-12.

64. Боярский Д.С., Баскаков В.Д. Образование гофров при переформовке вершины детали уголковой формы // Труды V Международной научно-технической конференции «Новые материалы, подходы и технологии проектирования, производства и эксплуатации ракетно-космической техники»: в сб. докл. Москва. 2021. М.: Издат. дом «Спектр». С. 140-141.

65. Боярский Д.С., Баскаков В.Д. Гофрообразование при косом сжатии пластины в инструментальном штампе с учетом влияния сил трения и контактного напряжения

// Сборник тезисов, посвященный памяти академика С.П. Королёва и других выдающихся отечественных ученых — пионеров освоения космического пространства. М.: XLVII Академические чтения по космонавтике. Москва. 2023. С. 358-360.

66. Способ изготовления профилей W-образного сечения из листовых заготовок: пат. № RU 2791199 C1 / Д.С. Боярский [и др.]; заявл. 11.02.2022; опубл. 03.03.2023.

67. Разработка математической модели кривой течения сплавов при адиабатических условиях деформирования / Кушнер В.С., Сторчак М.Г., Бургонова О.Ю., Губин Д.С. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 5. С. 45-49.

68. Грязев М.В., Ларин С.Н., Пасынков А.А., Булычев В.А. К разработке математической модели процесса вытяжки упрочняющегося материала с прижимом через радиальную матрицу // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. № 1. С. 172-178.

69. Nasheralahkami, S., Zhou, W., Golovashchenko, S.F, «Study of Sheared Edge Formability of Ultra-High Strength DP980 Sheet Metal Blanks» Journal of Manufacturing Science and Engineering, September 2019. 141(9): 091009. Р. 2-5

70. Cheng, J., Green, D.E., and Golovashchenko, S.F. «Formability enhancement of DP600 steel sheets in electro-hydraulic die forming» Journal of Materials Processing Technology. Vol. 244. June 2017. Р. 178-189.

71. Мамутов А.В. Вытяжка-формовка тонколистовых металлов полиуретаном и магнитно-импульсным нагружением: дисс...канд.техн.наук. Санкт Петербург. 2001. 223 с.

72. Демин В.А. Разработка метода проектирования технологических процессов тонколистовой штамповки на основе прогнозирования технологических отказов: дисс.докт.техн.наук. Москва. 2003. 342 с.

73. Феофанова А.Е. Повышение интенсивности и надежности формоизменяющих операций листовой штамповки: дисс.докт.техн.наук. Москва. 2004. 289 с.

74. Мантусов М.Н. Совершенствование гибки криволинейных бортов деталей летательных аппаратов давлением эластомера: дисс...канд.техн.наук. Самара, 2021. 158 с.

75. Филимонов С.В. Разработка технологии интенсивного формообразования гнутых тонкостенных профилей в роликах: дисс.канд.техн.наук. Нижний Новгород, 2003. 223 с.

УТВЕРЖДАЮ

Советник генерального директора, Д.Э.Н.

АО «НПО «Техномаш» им. С.А. Афанасьева»

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

результатов диссертационной работы Боярского Даниила Сергеевича

Настоящий акт составлен о том, что результаты диссертационной работы Боярского Даниила Сергеевича «Разработка технологии изготовления пилообразных деталей из листа для решетчатых рулей с утолщением углов», представляемой на соискание ученой степени кандидата технических наук, внедрены и использованы на оборудовании АО «НПО «Техномаш» им. С.А. Афанасьева» при совершенствовании технологии изготовления сложных изделий пространственной формы методами штамповки в инструментальных штампах.

Научные результаты Боярского Д.С. актуальны, имеют большое практическое значение, позволяют автоматизировать технологический процесс изготовления деталей, в частности при конструктивно-технологической отработке решетчатых рулей ЛА за счет использования следующего алгоритма выбора параметров:

- из конструктивных соображений устанавливается допустимый диапазон толщин планов рулей и назначаются значения варьируемой толщины;

- устанавливаются функциональные связи избытка длины заготовки для реверсивной формовки с утолщением углов пилообразной детали и остаточной волнистостью полок детали;

ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ

«ТЕХНОШИТ»

Юридический адрес: 129226, г. Москва, ул. Вильгельма Пика, д. 4А, кв.З ИНН 9717156914, КПП 771701001 ,ОГРН 1247700194345 р/с № 40702810138000450451 в ПАО "Сбербанк " г. Москва к/сч. № 30101810400000000225. БИК 044525225 e-mail: [e-mail] . тел. [phone]

АКТ

использования результатов диссертации Д.С.Боярского при конструктивно-технологическом совершенствовании решетчатых рулей к изделию Р-77

Результаты диссертации «Разработка технологии изготовления деталей ломаного контура из листового металла с утолщением в углах для решетчатых рулей», подготовленной Д.С.Боярским, были использованы при производстве решетчатых рулей к изделию Р-77. Внедрение состояло в следующем:

1. Предложенная и исследованная технология утолщения \V-o6pa3Hbix деталей в углах использовалась для согласования параметров трех операций: получения плоской заготовки из листового материала; формообразования полуфабриката У^-образной формы на прессе двойного действия; переформовки детали W-oбpaзнoй формы на прессе двойного действия с целью утолщения детали в углах.

2. Радиус при вершине пуансона г0 = 0,5мм и длина заготовки 1Ъ = 154мм для операции переформовки в технологии изготовления \У-образной детали решетчатого руля были выбраны с помощью предложенной методики. В результате достигнуто увеличение толщины стенки детали в углах по отношению к толщине заготовки на 13...23% с вероятностью близкой к 90% при волнистости 0,12мм (при допуске 0,15мм). Это способствует увеличению ширины площадки стыка между деталями, а также прочности и жесткости руля.

3. Рекомендации, сформулированные в диссертации, позволили совместить выполнение двух операций в одном штампе, что способствовало снижению затрат и повышению производительности труда.

Предложенная методика может быть полезной при уточнении толщины исходных заготовок для вновь создаваемых изделий.

Ген. директор ООО «ТЕХНОЩИТ»

.А. Бабурин /