Совершенствование технологии изготовления гнутолистовых профилей для летательных аппаратов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.02, кандидат технических наук Турундаев, Константин Владимирович

• Турундаев, Константин Владимирович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Турундаев, Константин Владимирович

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ПРИНЯТЫЕ В РАБОТЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА В ОБЛАСТИ ПРОИЗВОДСТВА ГНУТОЛИСТОВЫХ ПРОФИЛЕЙ

1.1. Анализ применения гнутолистовых профилей в авиастроении

1.2. Технологические процессы изготовления гнутолистовых профилей для летательных аппаратов

1.3. Методика проектирования технологических процессов СИ,

МИД, ТП и профиле гибочной оснастки

1.4. Анализ методик расчета параметров профилегибочной оснастки 32 Выводы

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СИ, МИД И ПРОФИЛЕГИБОЧНОЙ ОСНАСТКИ

2.1. Разработка методики проектирования технологического процесса СИ, МИД и профилегибочной оснастки по критерию геометрической точности

2.2. Разработка методики проектирования технологического процесса СИ, МИД и профилегибочной оснастки по критерию целостности защитного слоя

2.3. Разработка методики проектирования технологического процесса СИ, МИД по критерию прямолинейности профиля

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ТОЧНОСТИ РАЗРАБОТАНЫХ МЕТОДИК ПРОЕКТИРОВАНИЯ

3.1. Программа экспериментальных исследований

3.2. Экспериментальная проверка методики проектирования технологических процессов СИ, МИД по критерию прямолинейности профиля

3.3. Экспериментальная проверка методики проектирования технологических процессов СИ, МИД и профилегибочной оснастки по критерию геометрической точности

3.2. Экспериментальная проверка методики проектирования технологических процессов СИ, МИД и профилегибочной оснастки по критерию целостности защитного слоя

4. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОФИЛЕЙ

4.1. Оптимизация профилегибочного оборудования

4.2. Внедрение стесненного изгиба и метода интенсивного деформирования

4.3. Экономическая эффективность методики 134 ЗАКЛЮЧЕНИЕ: ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 139 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ 140 ПРИЛОЖЕНИЯ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ПРИНЯТЫЕ В РАБОТЕ

ДА- летательные аппараты;

СИ, МИД - стесненный изгиб и метод интенсивного деформирования; b или В, h или Н, s или S - высота, ширина, толщина полки профиля, мм; а„,а п+1 - угол подъема полки профиля в n-ом и (п+1)-ом переходе, град.; а п+1(1)-угол подъема полки профиля в конце 1-го участка плавного перехода; t

Lb L2, L3- длина нормали 1, 2 и 3-го участка плавного перехода, мм;

Lm.k - длина межклетьевого расстояния, мм;

Ьу.л.в. - длина кромки профиля плавного перехода, мм;

Ьу.л.Бл - длина кромки профиля 1-го участка плавного перехода, мм;

8у.л б. — относительное удлинение кромки профиля относительно его дна; fn -смещения концов кромки профиля между n-ым и (п+1)-ым переходом, мм; со-прогиб кромки профиля, мм;

9- угол наклона конца 1-го участка плавного перехода, град.; sEf - относительное удлинение дна профиля во время правки;

Syrip.EF — упругая составляющая деформаций дна профиля во время правки;

Е , а - модуль Юнга и напряжение деформации, МПа; ат — предел текучести, МПа;

F - площадь сечения профиля, мм2;

К- константа упрочнения, Мпа; п- константа упрочнения;

Уц т.- центр тяжести профиля, мм;

R-ь Кн.л. - радиус кривизны профиля по дну и по нейтральной линии, на выходе из последней роликовой пары, мм;

R, R-hji.1 - радиус кривизны профиля по дну и по нейтральной линии, при нахождении в правильном устройстве, мм;

Ry т - упрощенный теоретический радиус правки, мм;

RKp - радиус кривизны профиля после гиба, без правки, мм;

R3 — экспериментальный радиус правки, мм;

4 — расхождение между теоретическими и экспериментальными данными.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии изготовления гнутолистовых профилей для летательных аппаратов»

Важной проблемой при производстве изделий авиакосмической техники является изготовление профилей, обладающих высокими ресурсными и жесткостными характеристиками. Это определяется требованиями снижения массы, увеличение срока эксплуатации летательных аппаратов (ЛА).

Вопросы повышения ресурса и жесткости продольно — поперечного силового набора ЛА определяют применение гнутолистовых профилей, изготовленных из низкопластичных материалов, с радиусом по зонам сгиба, равном толщине листа. Применение гнутых из листа профилей позволяет увеличить ресурс до 60 тысяч часов, что в 2-3 раза выше, чем у прессованных.

Наиболее эффективным и прогрессивным способом ^ изготовления таких профилей для ЛА является метод стесненного изгиба (СИ), разработанный

Г. В. Проскуряковым, и его разновидность - метод интенсивного деформиро вания (МИД).

Методика проектирования технологического процесса СИ и МИД предусматривает определение количества переходов, углов гиба для каждого перехода и геометрических параметров роликов по заданным размерам профиля.

При этом отсутствие теоретической модели, связывающей величины углов гиба с величиной относительного удлинения кромки профиля, не позволяет оценить правильность выбора углов гиба по критерию отсутствия пла стических деформаций на кромке профиля, приводящих к появлению дефектов: кромковой волнистости, излому боковой полки, продольной кривизне, поперечной крутке.

Отсутствие модели правки ограничивает использование возможностей прокатных станов для совмещения процессов прокатки и правки.

Отсутствие модели взаимодействия заготовки профиля с вертикальным буртом профилегибочной оснастки ограничивает возможности оценки правильности выбора радиуса буртов ролика по критерию целостности защитного покрытия профиля.

Соответственно разработка данных моделей является актуальной научной и технической проблемой, востребованной производством ЛА.

Цель работы - повышение качества, сокращение сроков и стоимости технологической подготовки производства гнутолистовых профилей для леI тательных аппаратов.

В соответствии с этим определены следующие целевые задачи исследования:

1. Разработка теоретической модели зоны плавного перехода, описывающей поведение боковой полки профиля в межклетьевом пространстве.

2. Разработка теоретической модели, описывающей зону контакта боковой полки профиля с вертикальным .буртом профилегибочной оснастки и получаемое там напряженно-деформированное состояние.

3. Разработка теоретической модели, описывающей деформацию профиля при правке во время профилирования.

4. Разработка методики проектирования технологических процессов СИ и МИД на основе предложенных моделей.

5. Оценка адекватности и эффективности предложенной методики.

Объектом исследования, являются гнутолистовые профили для летательных аппаратов, с поперечным незамкнутым сечением.

Предметом исследования является технологический процесс (стесненный изгиб и метод интенсивного деформирования) изготовления гнутолистовых профилей для летательных аппаратов.

Методологической и теоретической основой исследования явились классические труды по механике деформируемого твердого тела (механика материалов, механика контактного взаимодействия и т.д.), теории профилирования и обработки металлов давлением следующих авторов:

Ю. Н. Алексеева, Ю. М. Арышенского, В. А. Барвинка, К. Н. Богоявленского, М. Н. Горбунова, Б. А. Горлача, Ф. В. Гречникова, Г. Я. Гуна, В. И.

Давыдова, К. Джонсона, М. Е. Докторова, В. И. Ершова, И. М. Колганова, В. В. Колмогорова, А. Д. Комарова, В1. А. Костышева, М1 И. Лысова, Е. Н. Мошнина, В. Ф. Павлова, Г. С. Писаренко, Е.А. Попова, Г. В. Проскурякова, И. П. Ренне, Н. П. Родина, Г. А. Смирнова - Аляева, С. П. Тимошенко, И. С. Тришевского, В. И. Филимонова, Р. Хилла.

В области точности использовались труды Ф. И. Демина.

В качестве информационной базы исследования использовались журнальные статьи, материалы научных конференций, патенты, монографии, официальные ГОСТы, ресурсы в Интернете и т.д.

Научная новизна данной работы заключается? в следующих результатах:

1. Впервые разработана теоретическая модель поведения профиля» в межклетьевом пространстве и на входе в рабочий, калибр, учитывающая, в отличие от других моделей, наличие и влияние вертикальных буртов ¡профи-легибочной оснастки.

2. Разработана теоретическая-модель поведения* профиля! в межклетьевом пространстве (зона плавного перехода) и^на« входе в, рабочий» калибр с учетом конусных посадок профилегибочнош оснастки*.

3. Впервые разработана теоретическая модель, характеризующая напряженно-деформированное состояние при контакте боковой полки профиля с оснасткой (на входе в рабочий калибр), учитывающая, в отличие от других моделей, влияние вертикальных буртов профилегибочной оснастки.

4. Впервые разработана теоретическая модель деформации профиля во время правки, отличающаяся от других моделей тем, что правка происходит во время профилирования (в потоке) и с применением (помощью) правильных роликов, а также предложена методика учета,существующей кривизны профиля (до правки) при правке и получении прямолинейного профиля.

5. Впервые разработаны новый способ и устройство для изготовления профилей, а также теоретическая модель, описывающая энергосиловые параметры процесса профилирования при совместном использовании инструментальной фильеры и линейного электродвигателя.

6. Разработаны, классификаторы- параметров применяемых профилей и параметров профилегибочного оборудования, а также выведен алгоритм оптимизации профилегибочного оборудования под задаваемые профили. Практическая значимость работы состоит в следующем:

1. Достигнут высокий показатель экономического качества профилей: а) применение более точной методики, проектирования профилегибочной оснастки сокращает сроки и стоимость технологической подготовки производства профилей; б) повышение производительности труда изготовления профилей за счет совмещения операции гибки и правки; в) расширение технологических возможностей новых профилегибочных станов, проектируемых на основе классификаторов1 параметров применяемых профилей и параметров профилегибочного оборудования.

2. Достигнуты высокие показатели качества профилей - надежность, технологичность.

Апробация результатов: диссертационного исследования. Результаты диссертационного исследования докладывались на пяти научно-технических конференциях УлГТУ в 2004-2008 гг.

Проделанная работа соответствует высокому научно-техническому уровню. Это подтверждается отчетом о выполнении работ в 2004 - 2005 г. по заказу представительства фирмы "Боинг" в Москве и ОАО "Верхне Салдинское металлургическое производственное объединение" г. Верхняя Салда с ОАО "Ульяновский НИАТ" на получение опытной партии профилей методом СИ в холодном состоянии из титанового сплава ВТ6 (П6А14У). Также по решению ФИПС (письмо № 41-244-12 от 14.02.05) изобретение № 2245205 признано перспективной разработкой, и внесено в базу данных для презентации его на тематических выставках РФ, российских экспозициях на международных салонах.

Результаты данной работы внедрены на многих предприятиях России, на что имеется ряд технических актов внедрения, в том числе от ОАО "Комсомольское-на-Амуре авиационное производственное объединение им.Ю.А.Гагарина" (ОАО"КнААПО") г. Комсомольск-на-Амуре, о использовании разработанной автором технологии изготовления тонкостенных профилей в производстве самолетов Бе-103.

По данным исследованиям было опубликовано 9 научных работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендуемых ВАК, получено 2 патента и положительное решение на 1 заявку на изобретение.

Объем диссертации: 146 страниц текста, 38 рисунков, 13 таблиц, 109 источников.

Основная часть исследований произведена на базе УлГТУ, ООО "НПО "Интенсивное деформирование материалов", ОАО "Ульяновский НИАТ". Автор благодарен научному и инженерному составу вышеупомянутых заведений за содействие в проведении научных исследований по тематике данной работы.

Заключение диссертации по теме «Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов», Турундаев, Константин Владимирович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

На основании представленной работы и проходящие через нее исследования, дают возможность сделать выводы:

1. Разработанные теоретические модели поведения профиля в межклеть-евом пространстве и на входе в рабочий калибр, учитывающие, наличие и влияние вертикальных буртов и конусных посадок профилегибочной оснастки, позволяют задавать оптимальные параметры роликового инструмента и гибки по критерию геометрической точности сечения профиля.

2. Разработанная, теоретическая модель,, характеризующая- напряженно-деформированное состояние при контакте боковой полки профиля с оснасткой (на входе в.рабочий калибр), и учитывающая-влияние вертикальных буртов профилегибочной оснастки, позволяет оптимизировать, параметры роликового инструмента и гибки: по критерию целостности защитного покрытия профиля.

3 . Разработанная теоретическая - модел ь процесса совмещенной : операции гибки и правки профилей позволяет оптимизировать параметры настройки прокатных станов по критерию прямолинейности получаемых профилей.

4. Разработанная; на основе предложенных теоретических моделей методика проектирования технологических процессов СИ и МИД позволяет сократить длительность и стоимость процессов'технологической подготовки производства,, связанных с доводкой профилегибочной оснастки, и обеспечивает экономический эффект 70 тысяч рублей- на один вновь запускаемый в производство профиль.

5. Разработанные классификаторы параметровшрименяемых профилей и параметров профилегибочного оборудования позволяют расширить технологические возможности существующих и вновь проектируемых прокатных станов.

6. Экспериментальные исследования выявили хорошую сходимость;теоретических моделей с эмпирическими данными, полученными в постановочных опытах, наиболее полно отражающих различные аспекты профилирования.

7. Проведенные теоретические исследования позволили разработать новый способ и устройство для изготовления профилей, роликовую оснастку для получения профилей, и новое устройство для правки профилей, что подтверждается; соответствующими патентами.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Турундаев, Константин Владимирович, 2009 год

1. Мазур, И.И. Управление качеством Текст./ И.И. Мазур, В.Д. Шапиро.-2-е изд. М.: Омега-Л, 2005. -400с.

2. Гиссин, В.И. Управление качеством продукции Текст./ В.И. Гиссин. -Ростов н./Д.: Феникс, 2000. 256с.

3. Розова, Н.К. Управление качеством Текст./ Н.К.Розова.- СПб.: Питер, 2002.- 224с.

4. Тришевский, И.С. Производство гнутых профилей (оборудование и технология) Текст./ Под общ.ред. И.С.Тришевского и др. — М.: Металлургия, 1982.—384с.

5. Житомирский, Г.И. Конструкция самолетов Текст./ Г.И. Житомирский. М.: Машиностроение, 1991.-400с.

6. Александров, В.Г. Авиационный технический справочник (эксплуатация, обслуживание, ремонт и надежность) Текст./ В.Г.Александров, А.В.Майоров,Н.П.Потюков.-2-е изд. перераб. и доп.-М.: Транспорт, 1975. 432с.

7. Колганов, И.М. Процессы стесненного изгиба при различных методах формообразования Текст./ И.М. Колганов. Ульяновск: УлГТУ, 2001. - 108с.

8. Проскуряков, Г.В. Опыт промышленного изготовления листовых профилей, и деталей из них Текст./ Г.В. Проскуряков, A.B. Нуждов, В.И. Филимонов и др.// Авиационная промышленность—1990 — №1.-С.З.—4.

9. Филимонов, В.И. Изготовление методом интенсивного деформирования профилей из листа и их внедрение в авиастроении Текст./ В.И. Филимонов, В.А. Марковцев, И.М. Колганов и др. //Авиационная про-мышленность.-2001.- № 4 — С. 21—23.

10. Тришевский, И.С. Производство и применение гнутых профилей проката Текст./ Под ред. И.С. Тришевского. М.: Металургия, 1975.-536 с

11. Филимонов, C.B. Метод, расчеты и технология интенсивного деформирования в роликах гнутых профилей типовой номенклатуры Текст./ С.В.Филимонов, В.И.Филимонов. —Ульяновск:УлГТУ,2004 — 246с.15