Введение к работе
Актуальность темы. Развитие авиастроения является одним из ключевых приоритетов российской промышленной политики. Создаваемые летательные аппараты (ЛА) должны отличаться от предшествующих поколений авиационной техники повышенным ресурсом и уменьшенной полетной массой изделия.
Одним из элементов трубопроводных систем ЛА является крутоизогнутый патрубок, который относится к разряду особо- и сверхтонкостенных элементов трубопровода, так как отношение Dlt (Р - диаметр трубной заготовки, t - толщина стенки трубной заготовки) имеет следующие значения: 30
Поэтому необходимо выдать практические рекомендации для изготовления особотонкостенных крутоизогнутых патрубков и создать способ для изготовления сверхтонкостенных патрубков, которые позволили бы снизить полетную массу изделия, повышая при этом ресурс планера ЛА.
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» на кафедре «Техническая механика» в 2010-2013 гг. в соответствии с государственным контрактом № 13411.1003899.18.001 от 29.12.2012 г. на выполнение опытно-конструкторской работы «Создание нового семейства ближ-не-среднемагистральных самолетов», шифр «Развитие МС-21».
Целью работы является совершенствование имеющихся и создание новых способов, технологических процессов и устройств
для получения элементов высокоресурсного трубопровода с изогнутой осью, разработка научно обоснованных рекомендаций для выбора оптимальных режимов процессов их формообразования.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Определить кинематику пластического течения при гибке патрубков раздачей внутренним давлением эластичной среды.
-
Провести теоретическое обоснование выбора величины основных энергосиловых параметров процесса формообразования крутоизогнутых патрубков раздачей.
-
Экспериментально определить величину давления раздачи процесса формообразования сложнопрофильного полуфабриката крутоизогнутого патрубка.
-
Создать и усовершенствовать способы для изготовления крутоизогнутых патрубков с повышенным ресурсом и минимальной полетной массой, а также устройства для их реализации.
-
Разработать технологию формообразования элементов высокоресурсного трубопровода с изогнутой осью.
-
Определить ресурсные характеристики натурных узлов трубопровода с формообразованными элементами типа «крутоизогнутый патрубок».
Методы исследования. Теоретические исследования выполнены на основе метода верхней оценки. Эксперименты проводились на специализированной установке на базе универсального гидравлического пресса с использованием разработанной и созданной для производства крутоизогнутых патрубков штамповой оснастки. Качество трубных заготовок и готовых изделий оценивали при помощи современного испытательного оборудования.
Научная новизна работы
-
Разработана модель, описывающая кинематику пластического формоизменения тонкостенного сложнопрофильного полуфабриката крутоизогнутого патрубка, позволяющая установить связь между геометрией детали, интенсивностью деформации и энергосиловыми параметрами процесса раздачи.
-
Разработаны и научно обоснованы способы гибки особо- и сверхтонкостенных крутоизогнутых патрубков, повышающие рав-
номерность формоизменения в зонах пластического течения и несущую способность стенки входного торца трубной заготовки.
3. Установлены режимы предварительной ротационной раскатки (РР) прямошовных трубных заготовок, при которых структура материала сварного шва и околошовной зоны может быть максимально приближена к структуре основного металла трубной заготовки, что способствует повышению равномерности пластического формоизменения в последующих гибочных операциях.
Практическая значимость
-
Разработаны и внедрены технологические процессы гибки проталкиванием и раздачей особо- и сверхтонкостенных трубных заготовок с применением внутреннего давления наполнителя.
-
Построены номограммы для определения энергосиловых параметров процесса раздачи сложнопрофильного полуфабриката крутоизогнутого патрубка из трубной заготовки.
-
Установлено, что предложенная технология изготовления крутоизогнутых патрубков позволяет снизить уровень брака на 40%, себестоимость готовых изделий в 1,3 раза.
Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены при постановке производства изделия АН-148 в ОАО «Воронежское акционерное самолетостроительное общество».
Апробация работы. Основные положения работы прошли обсуждение на международных и российских научных конференциях: XXVII Российской школе, посвященной 150-летию К.Э. Циолковского, 100-летию СП. Королева и 60-летию Государственного ракетного центра «КБ им. академика В.П. Макеева (Екатеринбург, 2007), V международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2008); XLIX Отчетной научной конференции преподавателей и научных сотрудников ВГТА (Воронеж, 2011); XXXXI Всероссийском симпозиуме «Механика и процессы управления» (Миасс, 2011); XXXI Всероссийской конференции «Наука и технологии» (Миасс, 2011); V всемирном конгрессе «Авиация в XXI столетии» - «Безопасность в авиации и космические технологии» (Киев, 2012); международной научно-технической конференции «Адаптация технологических процессов к пищевым
машинным технологиям» (Воронеж, 2012); LI Отчетной научной конференции преподавателей и научных сотрудников ВГУИТ (Воронеж, 2013).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ: в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получен один патент РФ и одно положительное решение о выдаче патента РФ. В опубликованных работах личный вклад автора заключается: [1] - в определении внутреннего давления раздачи и интенсивности деформаций при штамповке крутоизогнутых и ступенчатых патрубков; [2] - в проведении сравнительного анализа данных, полученных в ходе ресурсных испытаний элементов трубопровода; [3] -в получении зависимости для определения угла скоса трубной заготовки; [4] - в определении геометрических размеров частей цилиндрических оболочек, повышающих несущую способность торца трубной заготовки; [5] - в предложении выполнить плоские и клиновые плиты с захватами, расположенными в зацеплении с пазами нижней полуматрицы; [6] - в предложении части параметров формулы для определения внутреннего давления эластичного наполнителя; [7] - в определении оптимального значения относительного напряжения осадки; [8] - в апробации способа формообразования полых деталей; [9] - в разработке математической модели геометрии патрубка, включая его сферические участки; [10] - в сравнительном анализе способов гибки тонкостенного трубопровода; [11]-в моделировании кинематики пластического течения материала трубной заготовки во время процесса гибки патрубков раздачей; [12] - в экспериментальном определении толщины стенки патрубка и степени деформации при гибке патрубков раздачей; [13] - в создании экспериментальной штамповой оснастки для формообразования крутоизогнутых патрубков; [14] - в апробации способа формообразования крутоизогнутых патрубков проталкиванием; [15] - в разработке экспериментального устройства для изготовления особотон-костенных трубных заготовок методом ротационной раскатки.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 75 наименований и 3 приложений. Основная часть работы изложена на 222 страницах и содержит 60 рисунков и 3 таблицы.
