Введение к работе
Актуальность темы. В условиях резкого подорожания сырьевых и энергетических ресурсов все большую роль играет выпуск деталей и узлов, форма "которых является оптимальной при наибольшей прочности изделия и наименьших затратах энергии, а также материалов на их изготовление.
Именно к такому классу изделий относятся изделия переменного сечения (ИПС) , типичным представителем которых является лонжерон (несущий элемент) лопасти вертолета МИ-26. По сравнении с лонжеронами стыковой конструкции эти изделия обладают меньшим весом (что особенно важно для авиационной техники), большей прочностью и ресурсом работы. Номенклатура подобных изделий постоянно расширяется, и в настоящее время в нее входят такие детали, как металло-формы для центробежного литья чугунных труб, заготовки бурильных труб, стояки морских платформ и ряд других.
Такие методы получения подобных изделий, как литье, обработка резанием, не отвечают требованиям современного производства по ряду причин: несовершенству микроструктуры и химсостава металла изделия, что приводит к снижению прочности, низкому коэффициенту использования металла, ограниченным технологическим возможностям оборудования. Применение ряда методов, основанных на обработке давлением, невозможно по различным причинам: поперечная и поперечно-винтовая прокатка приводит .к значительному различию свойств материала в утолщении и прокатанной части; прессование заготовок с наружным диаметром более 250 мм невозможно вследствие значительного усилия деформации; по этой ш причине невозможна высадка на ГКМ. Наиболее эффективным и прогрессивным способом изготовления ИПС большого диаметра является непрерывно-последовательная высадка с обкаткой утолщения роликами по номинальному наружному диаметру, обладающая суммой достоинств, недостижимых другими способами. Однако широкое внедрение настоящей технологии сдерживается недостаточной теоретической проработкой технологических основ производства и несовершенством действующего оборудования. Актуальность темы подтверждается соответствием ее программе "Авиационная техне-логия", выполняемой по решению совместной коллегии МАП и Минвуза Российской Федерации N 3 от 10. 07.1986 г.
Целью работы является совершенствование технологии , модернизация действующего и разработка перспективного оборудования для производства ИПС с применением обкатки на основе экспериментальных исследований и расчета математической модели процесса
Методика исследований. Разработана общая методика проведения экспериментальных исследований процесса непрерывно-последовательной высадки ("свободной" и в роликовую матрицу) с применением методов математической статистики при планировании и обработке результатов опытов, выявлены основные факторы, влияющие на стабильность и устойчивость процесса. Разработана математическая модель процесса, которая решена методом конечных элементов на ЭВМ с процессором 386 серии с последующей экспериментальной проверкой полученных результатов. На основании теоретического расчет^, и'экспери-ментальяых исследований проведено совершенствование технологии высадки, получены теоретические зависимости основных технологических параметров для модернизации существующего и создания нового оборудования. Достоверносгь результатов подгвервдена изготовлением ИПС в промышленных условиях цеха N 5 ЧГПЗ. В работе показаны пути дальнейшей интенсификации процесса.
Научная новизна работы заключается в следующем: на основании экспериментальных исследований, проведенных по оригинальной методике, выявлен механизм возникновения и развития радиальных и осевых гофров на высаживаемом утолщении; разработана математическая модель процесса и выполнены численные ее расчеты методом конечных элементов, что позволило избежать ряда упрощений и допущений, получить решения, с высокой степенью достоверности соответствующие экспериментальным данным. На основе расчетов с вариацией технологических факторов получены зависимости, необходимые для модернизации действующего, и создания нового универсального оборудования для высадки; усовершенствована технология высадки, новизна которой подтЕервдена 2 авторскими свидетельствами.
Практическая ценность. На основании экспериментальных и теоретических исследований разработана новая технология высадки труб-заготовок лонжеронов вертолетов по чертежу ЭЛ-90-29-02. ' Разработаны принципы и определены основные технологические параметры для проектирования нового универсального высадочного оборудования, а также оборудования для нагрева ТВЧ (индукторов).
Реализация работы. Основные результаты работы внедрены на Челябинском трубопрокатном заводе. Произведена модернизация специализированного оборудования (гидропресса НЮШГ1ШВ-300), заключавшаяся в переводе гидростанции на принцип поддержания постоянства скорости главного исполнительного механизма, внедрена принципиально новая гибкая микропроцессорная система синхронизации пресса,
разработаны и изготовлены ряд индукционных нагревателей прогрессивной конструкции. Ожидаемый годовой эконом, эффект составил в 1991г. 11,6 тыс. руб. (в ценах 1990 г.).
Апробация работы. По содержанию работы был выполнен ряд докладов, в том числе: на региональной научно-технической конференции "Интенсификация производства и повышение качества изделий поверхностным пластическим деформированием" в г.Тольятти в 1989 году; на региональной научно-технической конференции "Прогрессивные материалы, технологии и конструкции в машино- и приборостроении" в г. Калуге в 1990 году, на техническом совете ЧТПЗ в 1991 году, а такие на ряде научно-технических конференций в Орловском филиале МИЛ в 1987-1991 г. г.
Цубликации. По теме диссертационной работы опубликовано 4 статьи, получено з авторских свидетельства
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 124 стр. машинописного текста, содержит 39 рисунков и фотографий, 5 таблиц, список использованной литературы ( 119 наименований) и 8 приложений.