Исследование процесса гибки с одновременной закруткой длинномерных деталей летательных аппаратов из прессованных профилей

Жесткая конкуренция на мировом рынке авиационной техники требует от производителей постоянной модернизации производства, позволяющего снизить затраты на изготовление деталей, повысить их точность и качество. Повышенные требования к точности изготовления обводообразующих деталей, вызваны желанием авиакомпаний иметь парк машин с высокими лётными эксплуатационными характеристиками. Компании производители самолётов, заинтересованы в снижении себестоимости и цикла изготовления изделия в целом стремятся сэкономить на сборочных работах как наиболее длительных и дорогих, ужесточая требовании к деталям идущих на сборку. Решение этих задач немыслимо без автоматизации процесса изготовления деталей.

Наибольшие успехи в плане автоматизации процессов изготовления деталей получены в механообрабатывающем производстве. Современные механообрабатывающие центры позволяют изготавливать детали с высокой степенью точности, ограниченной лишь жесткостью инструмента и детали. Намного хуже обстоят дела в заготовительно-штамповочном производстве. Особенности изготовления деталей путем упруго-пластического деформирования заготовки приводят к значительным сложностям при попытке автоматизации этих процессов. Необходимость использования специализированных приспособлений для каждого типа деталей привело к развитию направления автоматизации проектирования самих приспособлений (штампы, формблоки и т. д.). Технические решения на основе универсальных станков с ЧПУ в заготовительно-штамповочном производстве на сегодняшний день практически отсутствуют. Изготовление длинномерных деталей малой кривизны из прессованных профилей, которыми, как правило, являться фюзеляжные и крыльевые стрингера не является исключением.

Гибка — наиболее сложная и трудоемкая операция технологического процесса изготовления деталей из профилей. Трудности, возникающие при гибке профилей, объясняются двумя их особенностями:

— наличием вертикальных полок, предельно нагружаемых и деформируемых из-за значительных расстояний от нейтральной оси изгибаемого сечения (предохранение этих полок от потери устойчивости — одна из основных трудностей процесса);

— несовпадением плоскости изгиба с главными осями инерции сечения, что вызывает косой изгиб и связанное с ним закручивание изогнутой детали.

Комплексное улучшение качества изготовления деталей авиационной техники в современных условиях достигается за счет использования оборудования с ЧПУ и снижения влияния «человеческого» фактора на качество выпускаемой продукции. Для изготовления деталей малой кривизны из прессованных профилей наиболее перспективны роликовые станки. Ролики, особенно сборные, представляют собой универсальный инструмент. Изменяя их взаимное расположение, можно получать детали различной кривизны, а, изменяя набор деталей, из которых собирается ролик, прокатывать профили различных сечений. Применение станков под управлением ЧПУ исключает субъективный фактор при проведении технологического процесса гибки профилей. Эффективность применения станков с ЧПУ зависит от методов, применяемых при проектировании технологии производства деталей и методов разработки управляющих программ.

Автоматизация этапов технологической цепочки изготовления профилей методом гибки-прокатки в роликах с применением станков с ЧПУ сопряжена с рядом проблем. Значительное пружинение, возникающее после снятия нагрузки, снижает точность изготовления деталей и требует разработки математической модели процесса деформирования, которая будет учитывать геометрическую и физическую нелинейность. Разброс геометрических параметров профиля, обусловленный допуском на его изготовление, а также разброс механических характеристик сплава требуют для каждой партии заготовок новых испытаний и расчетов, что в условиях серийного производства весьма затратно.

Следует отметить, что детали, симметричные относительно плоскости изгиба, в конструкции ЛА встречаются нечасто. При изготовлении деталей из прессованных профилей, не симметричных относительно плоскости изгиба, методами гибки возникает закручивание профильной заготовки, что приводит к невозможности выдерживания точных геометрических размеров и требует дополнительных трудозатрат на доработку данных деталей.

Для разработки программного комплекса, обеспечивающего расчет параметров отклонения рабочих частей станка и программирование его работы в автоматическом режиме, необходимо создание математической модели, описывающей процесс упруго-пластического деформирования профильных заготовок. То есть, получить зависимость между параметрами настройки станка, геометрическими и механическими характеристиками материала заготовки и получаемой кривизной детали в виде математических зависимостей.

Таким образом, актуальность работы заключается в разработке методик оценки угла закручивания профиля, не симметричного относительно плоскости изгиба, в процессе его деформирования и его компенсации путем упруго-пластического кручения заготовки в обратном направлении.

Цель работы. Повышение точности и качества изготовления длинномерных деталей летательного аппарата из прессованных профилей с сечением, не симметричным относительно плоскости изгиба, при автоматизированном изготовлении на роликовом оборудовании.

Научная новизна. В ходе работы были получены следующие новые результаты:

— разработана математическая модель деформирования профильных заготовок несимметричного сечения в роликах методом гибки-прокатки;

— разработана методика определения угла закручивания профильной заготовки, обеспечивающего изготовление детали из прессованных профилей несимметричного сечения гибкой в роликах без остаточного закручивания детали от действия внутренних изгибающих моментов.

Практическая значимость и внедрение результатов:

— разработан метод изготовления длинномерных деталей малой кривизны из прессованных профилей несимметричного сечения путем изгиба в роликовом профилегибочном станке с одновременным закручиванием;

— разработано техническое решение, позволяющее снизить вероятность потери устойчивости стенок профиля, предложен комплекс мероприятий по конструктивной доработке роликового профилегибочного станка ГМС-1, позволяющей осуществлять процесс изготовления деталей без потери устойчивости полок профиля.

Работа выполнялась на кафедре «Технология самолетостроения» ФГБОУ ВПО «КнАГТУ». Результаты работы внедрены в учебный процесс на кафедре «Технология самолетостроения» ФГБОУ ВПО «КнАГТУ» при проведении лекционных и лабораторно-практических занятий по дисциплинам «Технологии изготовления деталей самолета» и «Проектирование процессов и оснастки заготовительно-штамповочного производства» для студентов всех форм обучения, а также используются на ОАО «КнААПО» в рамках внедрения опытно-промышленного образца гибочно-малковочного станка ГМС-1 в производстве самолета 881−100 (акт об использовании результатов диссертационной работы в производстве в процессе выполнения НИОКРиТР «Отработка технологических процессов изготовления длинномерных деталей из прессованных профилей на гибочно-малковочном станке с ПУ ГМС-1»).

Достоверность результатов подтверждается натурными экспериментами и моделированием процессов изгиба в системе MSC MARC.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях:

International X-th Russia-Chinese Symposium. «Modern materials and technologies» — Khabarovsk, 2009;

40-я научно-техническая конференция студентов и аспирантов — Комсомольск-на-Амуре, 2010 г;

Вторая региональная научно техническая конференция студентов, магистров, аспирантов и молодых ученых Дальневосточного региона «Актуальные проблемы промышленных и информационных технологий» -Комсомольск-на-Амуре, 2010 г;

Международный симпозиум «Образование, наука и производство: проблемы, достижения и перспективы»: материалы международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы обработки материалов и заготовительных производств» — Комсомольск-на-Амуре 2010.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ. В журналах рекомендуемого ВАК РФ перечня опубликовано 4 статьи, общим объемом 2 п.л.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, общих выводов и библиографического списка из 64 наименований. Материалы работы изложены на 141 странице машинописного текста, иллюстрированы 63 рисунками и 3 таблицами.

выводы.

В диссертации рассмотрена проблема получения деталей из прессованных несимметричных профилей без закручивания в роликовом оборудовании. Проведен обзор работ проводившихся для исследования и решения данной проблемы в результате чего было показано что работа является актуальной в связи с тем что:

— роликовое оборудование является универсальным, рабочие органы просты в изготовлении и могут быть выполнены под широкую номенклатуру профилей используемых в самолетостроении;

— роликовое оборудование не имеет ограничения на длину деформируемого профиля;

— роликовое оборудование не требует габаритной оснастки для изготовления детали.

Но явление закручивания несимметричных профилей при изгибе резко сокращает номенклатуру деталей изготавливаемых на роликовом оборудовании. Данный тип деталей изготавливается преимущественно на станках ПГР обладающих следующими недостатками:

— длина детали ограничена габаритами станка ПГР;

— для изготовления детали требуется изготовление крупногабаритной оснастки повторяющей контур детали;

— при изготовлении оснастки необходимо производить учет пружинения детали после разгрузки.

Исследования, проведенные в диссертации, направлены на повышение качества изготовления деталей из несимметричных профилей на гибочно-малковочном станке ГМС -1. В ходе проведения исследований получены следующие результаты:

— получена методика определения предварительного угла закручивания профиля для уменьшения или полного устранения закрутки детали после изгиба;

— проведены экспериментальные исследования на установке для исследования изгиба профилей в роликах с предварительным закручиванием;

— создана численная модель установки в системе MSC MARC и проведено исследование процесса изгиба профиля;

— создана экспериментальная установка для определения зависимости угла остаточного закручивания профиля в зависимости от угла предварительной закрутки;

— проведен анализ экспериментальных данных, и их сравнение с данными расчетов, а так же оценена погрешность определения радиуса кривизны профиля;

— выявлены недостатки данной схемы деформирования, и приведены рекомендации по доработке роликового станка ГМС -1.