Исследование процесса изготовления деталей летательных аппаратов из листовых заготовок изгибом с дополнительным нагружением в радиальном направлении

Для производства летательных аппаратов важными проблемами являютсяснижение материалоемкости продукции, внедрение прогрессивных технологических процессов, развитие передовой малооперационной технологии, совершенствование конструкции. Совершенствование конструкции предполагает обычно использование новых технологических решений и повышение технологичности изделия.

Снижение материалоемкости продукции позволяет снизить стоимость изделия в результате уменьшения веса заготовок и трудоемкости их обработки. Уменьшение веса изделия при выполнении всех технических требований, предъявляемых к нему, возможно при использовании новых высокопрочных материалов, обладающих, кроме того, некоторыми другими необходимыми свойствами такими, как, например, жаростойкость, коррозионная стойкость, высокая усталостная прочность и т. д. Важным средством снижения веса является использование такой формы и размеров деталей, при которых обеспечивается их максимальная прочность и жёсткость.

При снижении веса значительно повышается эксплуатационная эффективность летательного аппарата, так как уменьшаются энергетические затраты, необходимые для перемещения аппарата с заданной скоростью. При снижении веса планера (корпуса) и сохранении прежнего взлётного веса может быть увеличена дальность полета за счёт увеличения веса горючего. Если не требуется увеличения дальности полёта, то уменьшение материалоёмкости позволяет увеличить полезную нагрузку, что снижает эксплуатационные расходы на единицу массы.

Ведущую роль в снижении веса любой машины призвана играть технология, которая определяет возможность изготовления детали или узла с заданными характеристиками. Применение новых высокопрочных материалов постоянно ставит задачи по их переработке в изделие, приводит к необходимости увеличения мощности оборудования и поиска новых методов и средств обработки. Последнее обусловлено недостаточной технологичностью высокопрочных материалов (низкой пластичностью, чувствительностью к концентраторам, склонностью к газонасыщению и др.).

В настоящее время определилась тенденция повышения эксплуатационной эффективности летательных аппаратов за счёт увеличения их габаритов. Это в значительной мере осложняет производство, так как ведет к росту габаритов и мощностей технологического оборудования, увеличению площади цехов необходимой для размещения как самого оборудования, так и для хранения технологической оснастки и самих изделий.

Увеличение габаритов летательного аппарата непосредственно связано с повышением их надёжности. Проблема надёжности также решается технологическими средствами. Следовательно, совершенствование технологических процессов позволяет решить такие важные задачи, как снижение веса изделия, улучшение его эксплуатационных характеристик, повышение надёжности, уменьшение трудоемкости и стоимости изготовления.

Среди процессов обработки металлов давлением, применяемых при изготовлении летательного аппарата, наиболее широко распространена гибка различных полуфабрикатов. Будучи широко распространенной как самостоятельная операция, гибка входит в виде составного элемента в различные процессы, как например, обжим и раздачу, вытяжку, отбортовку по выпуклому, вогнутому и прямолинейному бортам, гибку (малковку) и подсечку профилей, обтяжку и обтяжку с растяжением, формообразование на рогообразном сердечнике и многие другие" Поэтому, очевидно, некоторые проблемы, встающие при использовании этих процессов, могут быть решены, если устраняются трудности, возникающие при гибке.

Теоретический анализ процесса гибки проводился как российскими, так и зарубежными учеными: Губкиным С. И. 1, 2], Горбуновым М. Н. 3, 4, 5],.

Ершовым В. Щ6, 7], Закировым И. М. 8], Звороно Б. П. 9], Исаченковым 5.

Е.Щ10], Лысовым М. И. 11, 12], Малининым Н. Щ13], Самуль В. И. 14], Мошниным Е. Н. 15], Поповым Е. А. 16, 17, 18], Смирновым-Аляевым Г. А. 19, 20, 21, 22], Томленовым А. Д. 23], Романовским В. П. 24, 25, 26, 27], Безухов Н. И. [28] и многими другими[29, 30, 31, 32, 33, 34]. В результате этих исследований были явлены зависимости между основными факторами и предложены методики расчета технологических параметров процесса. Однако предложенные методики ограничены решением конкретного процесса, учитывают ограниченное число факторов силовой интенсификации и не дают возможность вести расчет нестационарно протекающих процессов.

Следовательно, задача поиска оптимальных режимов дополнительного силового нагружения путем создания более полной и точной методики расчета технологических параметров процесса гибки листовых заготовок является актуальной.

Объектом исследования являются процессы гибки листовых заготовок в условиях дополнительного радиального нагружения, связанное с ним последующее пружинение и минимальный допустимый радиус изгиба.

Предметом исследования являются параметры процесса гибки и условия формоизменения, влияющие на точность деталей после снятия нагрузки. В частности, напряженно-деформированное состояние и основные геометрические характеристики получаемых деталей с учетом пружинения, а также влияние дополнительного силового нагружения.

Целью исследования является повышение жесткости профилей, полученных гибкой листового материала и уменьшение трудоемкости их изготовления.

Для достижения цели были поставлены и решены следующе задачи:

— теоретический анализ напряженно-деформированного состояния и технологических праметров процессов гибки листових заготовок в условиях дополнительного силового нагружения.

— создание методик расчета напряженно-деформированного состояния и параметров пружинения и радиус изгиба листовых заготовок.

— экпериментальная проверка соответствия решений, полученных при теоретических исследованиях процесса изгиба из листовых материалов. Методологические основы. Теоретические исследования процесса гибки базируются на основных положениях теории пластичности и методах исследовния процессов пластического деформирования листовых заготовок, что позволило решить задачу неосесимметричного деформирования. Теоретические исследования пружинения велись на основе теоремы об упругой разгрузке Ильюшина А.А.

Экспериментальные методы исследования и обработки результатов на образцах натурных заготовок из листового материала.

Научная новизна работы заключается в следующем:

— разработаны новые методы расчета напряженно-деформированного состояния и технологических праметров при гибке с дополнительным радиальным нагружением;

— определены оптимальные режимы гибки с дополнительным радиальным нагружением.

— Исследован процесс одновременного изгиба нескольких заготовок. Апробация работы. Основые результаты диссертации докладывались на научной конференции XXXII академических чтений по космонавтике, проводившихся в МГТУ в 2008 году.

Публикации. Содержание работы изложено в 2 статьях, 5 тезисах докладов к научно-практическим конференциям.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и библиографии. Работа содержит (113) страниц машинописного текста, (25) рисунков, (4) таблицу, список из (79) библиографических источников.

Основные результаты и выводы.

1. Обзор литературных данных показывает, что основные исследования процесса изгиба относятся к изгибу под действием изгибающего момента. Эти исследования ограничены решением вопросов конкретных процессов, не учитывают факторы силовой интенсификации, не дают возможность вести расчет нестационарно протекающих процессов.

2. Обзор предыдущих исследований показывает, что дополнительная сжимающая нагрузка увеличивает пластичность материала заготовки и схему напряженно-деформированного состояния в очаге деформации.

3. Разработанная методика расчета процесса изгиба с дополнительным радиальным нагружением показывает, что радиальное нагружение позволяет существенно уменьшить внутренний радиус изгиба (в 1,6−2,0 раза для заготовок из сплава титана ОТ4 и в 2−3 раза для заготовок из Д16АТ) и уменьшить угол пружинения в 1,5−2,0 раза. Результатом является повышение жесткости деталей примерно на 20%, что дает возможность снизить их массу и улучшить тактико-технические характеристики. Установлено, что результатом является увеличение дальности полета на 1015%. Трудоемкость изготовления снижается за счёт уменьшения доводочных работ.

4. Установлены области рационального использования различных последовательностей нагружения. Экспериментальные результаты показывают, что простое нагружение (изгиб + радиальное сжатие) и нагружение в последовательности (радиальное сжатие — изгиб) уменьшают радиус изгиба и угол пружинениянагружение в последовательности (изгиб — радиальное сжатие) следует использовать для повышения точности в результате уменьшения угла пружинения.

5. Исследованный новый способ одновременного изгиба нескольких заготовок может быть использован при отсутствии специальной штамповой оснастки. Результаты операции зависят от числа одновременно изгибаемых заготовок и размеров универсальных штампов. При.

107 одновременном изгибе трех заготовок из сплава ОТ4 минимальный радиус был уменьшен практически в два раза. Трудоемкость штамповки не увеличивается по сравнению с обычной гибкой.