Технологическое обеспечение качества изготовления муфт ТМС и сборки трубопроводов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.08, кандидат технических наук Хасьянова, Динара Усмановна

• Хасьянова, Динара Усмановна
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Хасьянова, Динара Усмановна

Ведение.

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования.

1.1. Общие сведения о производстве соединений трубопроводов.

1.2. Виды соединений трубопроводов.

1.3. Основные характеристики сплавов с эффектом памяти формы.

1.4. Конструктивные и технологические особенности соединений, выполненными муфтами ТМС.

1.5. Анализ надежности соединений трубопроводов.

1.6. Цель работы и задачи исследования.

2. Методика проведения исследований.

2.1. Общая методика исследований.

2.2. Методика определения напряжений термомеханического возврата для образцов,изготовленных из различных партий сплавов ТН1К

2.2.1. Оборудование, инструмент и материал.

2.2.2. Методика измерений и измерительная аппаратура.

2.2.3. Результаты проведенных испытаний для определения термомеханических характеристик образцов, изготовленных из сплава ТН1-К для партии А и Б.

2.3. Методика формирования внутренней резьбы М6х0,25 на гладкой поверхности втулки из материала с ЭПФ.

2.3.1. Оборудование, инструмент и материал.

2.3.2. Методика измерений и измерительная аппаратура.

2.3.3. Результаты проведенных испытаний при формировании внутренней резьбы М6><0,25.

2.4. Статическая обработка экспериментальных данных.

Выводы по главе 2.

3. Анализ исполнительных размеров муфты термомеханического соединения.

3.1. Расчетный анализ соединений трубопроводов с помощью муфт ТМС.

Выводы по главе 3.

4. Технологический процесс изготовления муфт и сборки трубопроводов.

4.1. Методика изготовления муфт из сплава ТН1-К, обладающего эффектом памяти формы и сверхупругостью.

4.1.1. Процесс обратного выдавливания.

4.1.2. Термомеханическая обработка и обжим заготовки.

4.1.3. Формирование внутреннего контура муфты ТМС.

4.2. Дорнование (деформация в области мартенситной неупру гости).

4.3. Особенности процессов формоизменения при деформировании муфт ТМС и описание работы установки.

4.4. Технология сборки соединений.

4.5. Механические испытания соединений трубопроводов муфтами ТМС.

Выводы по главе 4.

5. Технологические рекомендации.

Выводы по главе 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технологическое обеспечение качества изготовления муфт ТМС и сборки трубопроводов»

Обеспечение высокого качества машин на весь срок эксплуатации за счет повышения надежности и герметичности комплектующих элементов, является одной из важнейших задач машиностоения и долговременных целей промышленности [1]. Одним из основных факторов обеспечения надежности является применение новых материалов, обладающих специфическими свойствами [сверхупругость (СУ), эффект памяти формы (ЭПФ), жаропрочность, постоянство модуля упругости, физические и прочностные свойства в зависимости от анизотропии материала и т д].

При использовании таких материалов, качество изделий коренным образом зависит от уровня технологии, повышение которой может быть достигнуто благодаря разработке и внедрению таких процессов, в которых участие человека ограничено и сводится главным образом к их управлению.

Сущность ЭПФ материала заключается в явлении сохранять долгое время деформированное состояние в одном температурном интервале, а при незначтельном нагреве возвращаться в исходное состояние. Восстановление исходных размеров способствует к созданию внутри материала напряжений, значительно превосходящих напряжения,

I г 11 п п мл/\т г I п г /л п ггмлттпллл II п л/>т»лт1ттт*тт ГТ (1Т 11 I /л Г'/\ ПЛТТЛТТТТ#Т в приц^^с^ д^фирм^рОосШухл. Па и^пОоаНиИ ДалНих и лол^пил, разработаны высокотехнологичные процессы, позволяющие самому материалу осуществлять исполнительные действия [6,32,53].

Высокие характеристики параметров сплавов с ЭПФ на основе Т1№, такие как степень восстановления, развиваемые усилия, величина накопленой обратимой деформации при повышеной пластичности, высокая коррозионая стойкость, определяют перспективу его широкого применения в технике. Обеспечение высоких и стабильных термомеханических характеристик никелида титана в конкретных устройствах во всем интервале температур эксплуатации требуют умения варировать параметрами ЭПФ и сверхупругости в широких пределах [50]. Научный подход к решению таких задач заключается в выяснении природы и механизмов проявления ЭПФ на основе глубоких исследований свойств материала. Одним из направлений по применению таких сплавов для соединения трубопроводов является разработка и внедрение конструкций комплектующих элементов (типа муфт различных конфигураций), гтлпилгтхттлттттю пп^лп^лтптт т^пт^тю фолгттл пАтитолт/ил гтлтталлт т тллтл«тта iiujDwläiuiii^n« pajpuwiaiD laiuiv i^лпилш mwtiviiv iipuia^wm, ivuiupDiv обеспечивают качественное их изготовление. Высокая надежность и плотность монтажа (в том числе и в труднодоступных местах), низкая трудоемкость монтажно-сборочных работ, возможность осуществления ремонтно-восстановительных работ без промывки и последующего рентгеноконтроля позволяет рассматривать эти соединения как одно из перспективных направлений. Конструктивно для таких соединений

Т> ЛП» Г Л«|Т1»ТТ/> Г1 »% Т п Я АТТГ\ТТГТЛ» М rtriT Т УХ ГТТТТ ТЛГ * C/VriA«^ ТТЛ TT ЛТЧ TT гр Л Т Т~ГЛ ЛЛрЛТТТТТ Ttr rrif* X rÄ ^ч /-ч»-» vj^iviO/ivriu njjyiiviv^riv^nyiv разпиридпыл iviaiv^pwajivjii и ivjnxvvjvi^пгимл. ipjvj uw термического разупрочнения с обеспечением вакуумной и водородонепроницаемой герметичности. Для эксплуатации трубопроводных систем во всех климатических условиях при давлении до 800 атм. и температуре от -120 °С до + 250 °С.

В США, Великобритании и других странах такие материалы нашли массовое применение в авиакосмической и судостроительной технике, при изготовлении соединительных муфт для ГИДрОГаЗОВЫХ систем трубопроводов.

В 80-тых годах для отечественной промышленостости были разработаны, испытаны и предложены к внедрению аналогичные разработки. Опытное внедрение осуществлялось в некоторых изделиях для авиакосмической техники, а также в трубопроводных системах контрольно-измерительной аппаратуры атомных станций (АС).

HJ.". ЛО»ТЛТ»Л1ТТ»Т» «ЛТТТрЛТТЛ Г Г ТТ/1ТТТтЛЛ1ТЛП«пДшТТЛЛТ«»Л/ ТТЛЛТТЛТТЛППТТПТТ na vj^nvjocink-iKi jjv^n i i v^rnj- yi ri^iriijjvjnvji pcivjJirin^vivViA. Fiwjiv^Avjuarij'ijri установлено, что уникальные свойства материала зависят от методов переработки, режимов и температур деформации. Интервалы фазовых и структурных превращений, происходящие в кристаллической решетке и отвечающие за эффекты проявления «памяти», могут проявляться в различных сочетаниях.

Простота конструкции муфт и упрощенность технологии монтажно-сборочных работ привлекала специалистов опытно-конструкторского бюро и серийных предприятий отечественной промышленности в собственном их освоении. Особо слсдуст отмстить, что работу по созданию соединении осуществляет сам материал муфты. Работы по освоению изготовления муфт требуют применения широкого комплекса металлургических, контрольных и технологических процессов, позволяющих направлять и обеспечивать необходимыми, для использования в детали, уникальными свойствами материала.

В диссертационной работе рассмотрены вопросы технологического обеспечения качества надежности трубопроводов в зависимости от свойств термомеханических характеристик никелида титана и от режимов технологической переработки. Также рассмотрены вопросы сборки трубопроводов, с помощью специализированного оборудования.

Заключение диссертации по теме «Технология машиностроения», Хасьянова, Динара Усмановна

Выводы:

1. Разработан новый технологический процесс изготовления муфты ТМС, включающий в себя операцию обратного выдавливания, ТМО и обжим заготовки, процесс формирования внутреннего профиля сложной формы, позволяющий исключить из действующих процессов операцию сверления внутреннего профиля муфты операцию контроля размеров внутренних размеров;

2. Нормирование разработанного технического процесса показало, что при использовании разработанного процесса суммарное время сократилось на 80% по сравнению с базовым техпроцессом, а коэффициент использования материала (КИМ) повысился с 0,27 до 0,71%, годовой экономический эффект составляет Эп = 2840800 руб. (при расчете на 1000 шт.).

3. Сокращаются тру до- и энергозатраты в процессе создания сборки соединений ТМС, которая Может осуществляться в труднодоступных местах, в непосредственной близости от легкоповреждаемых приборов, радиолокаторов, автопилотов, рулевых машин, с использованием специализированного оборудования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведения теоретических и экспериментальных исследований технологических особенностей метода изготовления муфт, свойств напряжений термомеханического возврата применяемых материалов можно сделать следующие общие выводы:

1. Проведенный анализ различных соединений трубопроводов показал, что термомеханические соединения (ТМС) обеспечивают наибольшую герметичность, прочность и технологичность.

2. На основании разработанной методики экспериментальным путем установлено, что термомеханические характеристики сплава ТН1-К (Ть 47,5%а|.№-2,5% ат.Ре) обеспечивают сверхупругое состояние в интервале рабочих температур (-60 . +300 °С).

3. На основании разработанной методики формирования резьбовой поверхности за счет ЭПФ материала разработана технологическая операция получения внутреннего профиля муфты сложной формы.

4. При изготовлении тонкостенных заготовок в результате анализа ТМО для сплава ТН1-К "выявлены режимы (скорость деформирования 0,4+0,5 с"1 при температуре 60.0 + 650 °С и степени деформирования 20%), обеспечивающие необходимые термомеханические характеристики материала с ЭПФ и СУ. На данных режимах обработки реализуется повышение генерируемых напряжений более чем в 2 раза.

5. Разработана технология сборки соединений трубопроводов с помощью муфт ТМС, в которой определены оптимальные размеры муфт и сборочный зазор между муфтами и соединяемыми трубами.

6. Проведен теоретический. анализ процесса деформирования на операции дорнования, выполняемый в среде жидкого азота и определены оптимальные режимы деформирования (деформация осуществляется при 4 скорости 20+30 мм/мин., а температура в очаге деформации не должна превышать -100 °С), смазочный материал (цинк). Спроектирована и изготовлена установка для дорнования муфт диаметром от 6 до 20 мм при криогенных температурах. .

7. Разработан технологический процесс изготовления муфт для труб диаметром 6 до 40 мм, включающий в себя операции обратного выдавливания при получении заготовок, обжима заготовки совмещенной с

ТМО, создания внутреннего профиля муфты сложной формы за счет ЭПФ материала, что позволяет существенно повысить КИМ (в 2,5 раза) и уменьшить трудоемкость на 80%, а также предложена технология сборки ТМС трубопроводов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Хасьянова, Динара Усмановна, 2012 год

1. Батурин А.Т. Детали машин. -М.: Машиностроение, 1958. 423 с.

2. Беляев С.П., Ермолаев В.А., Кузьмин С.Л. и др. Высокотемпературные деформационные эффекты в никелиде титана, т. ил. чиизика металлов и металловедение, 1986. ьып. 1, с. 79-85.

3. Бояршинов C.B. Основы строительной механики машин. М.: Машиностроение, 1973. - 456с.

4. Вигли Л. А. Механические свойства материалов при низких температурах. -М.: Мир, 1974. 373 с.

5. Глазунов С.Т. и др. Нитинол сплав с памятью // Авиационная промышленность, №9, 1975. - с. 95-97.

6. Дольский A.M., Гаврилюк B.C. Механическая обработка материалов. М.: Машиностроение, 1981. - 263 с.

7. Евстигнеев М.И., Морозов И.А., Подзей A.B. и др. Изготовление

8. ЛЛТГ/ЧПТГТ ТЖТ ттлтп ТТЛТТ П1ЛТТЛ ТТГ»ТТГ1П'Т1ЛТТЛТ» А Л • Л ^оттггттт/\лт«олгтттл 1 Í1 '"7 } 1vjv^nuBríbiM ^tiaiiui cid па.Дош aiujivii ivj. jviamyiHulipuv^nia^, i> / á. — íOOc.

9. Запунный А.И. Контроль герметичности конструкций. Киев: Техника, 1976. - 152с.

10. Качур E.B. Исследование влияния в тройной системе металлидов Ti-Ni-Fe и свойства сплавов на основе никелида титана. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук М, 1972.

11. Кербер Л.Л. Компоновка оборудования на самолетах. М.: Машиностроение, 1976. - 304с.

12. Колмогоров В.Л., Богатов A.A., Мигачев Б.А. и др. Пластичность и разрушение. -М.: Металлургия, 1977. 336 с.

13. Корнилов И.И., O.K. Белоусов, Е.В. Качур. Никелид титана и другие сплавы с памятью формы. М.: Наука, 1977. - 90 с.

14. Кошелев П.В. Механические свойства материалов для криогенной техники. -М.: Машиностроение, 1971. 368 с.

15. Крагельский И.В., Алисина В.В. Трение изнашивание и смазка. Справочник в 2-х кн. М.: Машиностроение, Кн .1, 1978. 400 с.

16. Курдюмов Г.В., Хандрос Л.Г. О термоупругом равновесии при мартенситных превращениях, т.66. Докл. АН СССР, 1949, №2, с. 211214.

17. Лежин С.П., Игнатовский В.П. Прочность авиационныхтт г^лгт^лл л ттлп Л /(отог\ио ТТГ Т ТТОЛ ттгттгч^т^ал/тгттттагчг/лтт 1ЛЛТТ/ЬрПАТТТТТтlp j Vjviipvov^uu хуiu 1 v|jхiCuш1 ■mv;,'iC;\iiii-ivvivvn ivviixjivpviiij^im

18. КуАИ. 4.2. Куйбышев, 1970. 44-45 с.

19. Лещинер Л.Б., Ульянов И.Е. Проектирование топливных систем самолетов. -М.: Машиностроение, 1975. 343 с.

20. Лихачев В.А., Кузьмин С.Л., Каменцева З.П. Эффект памяти формы. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1987. - 216 с.

21. Лихачев В.А., Петрова H.H. Структурный механизм накопления деформации при мартенситном превращении в TiNi. Л., 1984. - 11 с.

22. Лотков А.И., Гришков В.Н. Никелид титана. Кристаллическая структура и фазовые превращения / Известия вузов / Физика, №5, 1985.

23. Махутов Н. А., Шишкин С. В. Безопасные соединения трубопроводов с эффектом памяти формы. М.: ИМАШ РАН. 1999, - 504 с.

24. Михеев М.А., Михеева И.М. Краткий курс теплопередачи. М.: Госэнергоиздат, 1960. - 208 с.

25. Никель-титановые сплавы, обладающие памятью формы /Киеси Абе/ Спец. выпуск токийского отделения фирмы "speciai metáis" «Коге pea мэтару», 1983.

26. Никольский Л.А., Фиглин С.З., Бойцов В.В. и др. Горячая штамповка и прессование титановых сплавов. М.: Машиностроение, 1975. 248 с.

27. Паперский А.П. Основы создания и производства нового неразъемного соединения трубопроводов муфтами, обладающими эффектом термомеханического возврата. Дисс. на соиск. уч. степ, канд. техн. наук Харьков, 1979.

28. Поздней А.В. Изготовление основных деталей авиадвигателей. М.: Машиностроение, 1972. 152 с.

29. ЗП 1 1пЛЬ"ЛТТТ1/ТПТ Р ТТ Т/'оГПГГЬ'ШТО ТТ \А VnfPTTaií^VOO Т/Г ТАw/ Ч/. 1 Ipviwuilulll V./-I,') IVUlij ilUUiU ^X.IVI.J ü liuvjivlivivu/i XJL.J.V-/.

30. Структурообразование при BTMO и свойства сплавов на основе никелида титана / Технология легких сплавов, №4, 1990. с. 34-39.

31. Проскуряков Ю.Г. Технология Упрочняющее-калибрующей и формообразующей обработки металлов. М.: Машиностроение, 1971.-208 с.

32. Работнов Ю.Н. Механика деформирования твердого тела. М.: Наука, 1979. - 744 с.

33. Сапожников В.М. Монтаж и испытания гидравлических иггттлтч \ глплтттт л лт»тт1 т лттлтлч г Т-Г t~% а ^ • л /f лттгтггтл лтчл /л лтттт л 1 ooq 1 £ охтсвмахмЧсулчлл. v^mwcívi л. а. — iva. iviaijjjajiuv^i риспИс, i? ¡y. ио v^.

34. Сапожников В.М., Комаров А.Н. Трубопроводы и соединения для гидросистем -М.: Машиностроение, 1967. -232 с.

35. Сапожников В.М., Лагосюк Г.С. Прочность и испытания трубопроводов гидросистем самолетов и вертолетов. М.: Машиностроение, 1973. -274 с.

36. Скотт Р.Б. Техника низких температур. М.: Иностранная литература, 1962. - 413 с.

37. Смирнов-Аляев Г.А. Сопротивление материалов пластическому деформированию. Л.: Машиностроение, 1978. - 368 с.

38. Смирнов B.C. Теория обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1973. - 193 с.

39. Сплавы с ЭПФ. Санге тосе. т.24. /Под редакцией Фунакубо X. 1984.

40. Справочник по физико-техническим основам криогенной техники. / Под ред. И. И. Новикова. М.: Наука, 1976. - 232 с.

41. Старцев Н.И. Трубопроводы газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1976. -272 с.

42. Степнов М.Н. Статическая обработка результатов механических испытании. М.: Машиностроение, 1972. 232 с.

43. Структурные превращения, физические свойства и эффекты памяти в

44. TrnvamiTia ттггатто тт лгтттопov но <згл ллттлрд / ТТг\тт паи VqmjTTQ Ц Ц1.iUVWli^V X XXX unu жх viuiuuiiyv 11U VI U V/VI1VUW. / Iiv/Д. ^/v/j,. V lUHUiU i-J.I i.

45. ФММ, вып.З, 1978. №6. c. 98-103.

46. Тосио Хомма, Минору Мацумото. Сборник докладов на 66 симпозиуме общества металлистов Японии. 1970. 75 с.

47. Фаткуллина Л.П. Сплавы с памятью формы на основе никелида титана. /Технология легких сплавов/ 1990. №4. -с. 9-12.

48. Федотов С.Г. Особые свойства сплавов, претерпевающих фазовые переходы мартенситного типа. № 22.

49. Хандрос Л.Г., Арбузова И.А. Мартенситное превращение, эффект памяти и сверхупругость. Металлы, электроны, решетка. — Киев, 1975. с. 109-143.

50. Хасьянова Д.У. Особенности трения пары TiNi сталь при криогенных температурах. /Авиационная промышленность. - М., 2011. №4.-с. 50-54.

51. Хасьянова Д.У., Шишкин С.В, Хасьянов У. Формирование и ВТМО обработка пустотелых заготовок из сплавов с ЭПФ. Сборник трудов Конференции -М., 2009. с. 374 -378.

52. Хасьянова Д.У., Шишкин С.В, Хасьянов У. Об обеспечении эксплуатационной надежности соединений трубопроводов муфтами ТМС. /Научные труды международной научно-практической конференции-М.: Машиностроение, 2010г. с. 115 -119.

53. Хасьянов У. Исследование термомеханических характеристик сплавов с памятью и разработка технологического процесса изготовления неразъемных соединений муфтами ТМС. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. наук М.: МАТИ, 1981. - 210 с.

54. Хачин В.Н. и др. Структурные превращения, физические свойства и эффекты памяти в никелиде титана и сплавах на его основе. ФММ. вып.З, 1978. №6.-с. 98 -103.

55. Хворостухин Л.А., Хасьянов У., Шишкин C.B. Использование эффекта термомеханической "памяти" никелида титана для создания новых типов неразъемных соединений. /Авиационная

56. TTt^AVft ТТТТТТОТТТТЛГ'Т! 1 с79 = г»iipviriiJiiuJiviiiiwii у / О. j О. v. v/u "v/y .

57. Хисаси Токэути, Тосио Хомма, Кэндзо Судзуки. Сборник докладов на 58 симпозиуме общества металлистов Японии. 1966. 46 с.

58. Хисаси Токэути, Тосио Хомма, Кэндзо Судзуки, Сигэру Ямадзаки. Сборник докладов на 60 симпозиуме общества металлистов Японии. 1967. 197 с.

59. Чернов Д. Б. Термомеханическая память и методы ее определения. -М.: НИИСУ, 1982.-146 с.

60. Чернов Д. Б. Принципы конструкционного применения материалов сcpiviOjvicAarmnecivuii нашлюЮ. — ivi. fxi'iJ'iv^j , xjot, — u\j v^.

61. Чернов Д.Б., Паскаль Ю.И., Гюнтер В.Э. и др. Диаграммы структурных превращений сплавов на основе никелида титана и эффекты памяти формы. Изв. вузов. Физика, 1981, №3. - с. 93-96.

62. Чернов Д.Б., Паперский А.П. Теоретические основы применения сплавов с термомеханической памятью в крепежных и соединительных стандартных конструкциях. /Авиационная промышленность, 1978. №6. с. 56-63.

63. Шишкин С.В., Махутов Н.А. Расчет и проектирование силовых конструкций на сплавах с эффектом памяти формы. /Регулярная и хаотическая динамика/'-М.: НИЦ. 2007. 412 с.

64. Шишкин С. В., Махутов Н. А. О применении сплавов с памятью формы в специальных силовых устройствах. >Проблемы машиностроения и надежности машин, 2003. с. 87-94.

65. Эффект памяти формы в сплавах. /Сборник статей /Перевод санглийского. -М.: Металлургия, 1979. 63.Эффект памяти формы в сплавах. /Пер. с англ. под ред. В.А.

66. Муравея Л.А. -М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000. 447с.

67. Вегшап Н.А., West E.F., Rozner A.G. Anomalous heat capacity of TiNi. Appl. Phus. Vol. 1967. -p.38

68. Hust J. G., Weitzel D.H., Rowell R. L. Thermal conductivity, electrical resistivity and Thermopower of aerospace alloys from 4 to 300°K. J. Nat. But. Standards 75 A. №4. p. 269-277

69. J. E. Cooper, Weitzel D.H., Rowell R. L., W.B. Cross. Capacity of 55-Nitinol Allow. J. Nat. But. Standards 65 A, 1969. p. 265-274.

70. J. E. Cooper, D.E. Bowker, W.B. Cross. In vestigations 0i the unique Memory Properties of 55-Nitinol Allow. Los Angeles. Ca, 1969. p. 265274.1. РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ•»ни™ 2 375 467(13) С251. МПК1. С2Ю гПО (2006.01)

71. ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМN