Введение к работе
Актуальность проблемы.
Тонкостенные трубчатые конструкции широко применяются в устройствах, авиационной и космической техники. Для этих деталей характерны сложный профиль сечения, большие перепады размеров, изменение формы, наличие различных отверстий, ребер жёсткости и т. д.
Тонкостенные трубчатые детали, в основном, являются корпусными и обеспечивают механическую прочность отдельных частей конструкций, но чаще всего, они служат для экранировки паяных элементов от радиопомех. Материал, из которого изготавливают корпусные детали, должен быть легким и иметь хорошую электропроводность.
Традиционные методы механической обработки резанием не могут быть рекомендованы для внедрения в серийное производство облегчённых деталей из-за низкого коэффициента использования материала и большой трудоемкости процесса.
Одним из направлений снижения трудоёмкости, при изготовлении тонкостенных трубчатых деталей различной формы является получение их штампосварными. Заготовки предварительно штампуются, а затем паяются или свариваются по образующей одним из видов микросварки. Но и в этом случае, трудоемкость остается достаточно высокой. При применении пайки требуется использование дорогостоящих и дефицитных припоев. Контактная и лазерная сварка тонкостенных деталей требует применения трудоёмкой дорогостоящей оснастки. Получение соединений сложного профиля при данных способах неизбежно приводят к большому проценту брака.
Для формовки и сварки тонкостенных трубчатых деталей перспективно использовать магнитно-импульсную обработку (МИО) существенно упрощающую схему обработки.
Однако, при изготовлении деталей, не имеющих замкнутый контур, МИО не рекомендуется. Типовым процессом магнитно-импульсной сварки соединения осуществляются в процессе косого соударения, что не выполнимо при получении тонкостенных деталей.
В ДГТУ на кафедре "Машины и автоматизация сварочного производства" совместно со специалистами ГКНПЦ им. М. В. Хруничева разработан процесс магнитно-импульсной сварки
нахлёсточных соединений предварительно сформованной тонколистовой заготовки. Процент выхода годных деталей при данном виде микросварки значительно возрастает. МИО позволяют совместить отдельные переходы и снизить трудоемкость изготовления корпусных деталей.
Однако, литературный и патентный поиск не выявил публикаций с результатами исследовательских и опытно -конструкторских работ по реализации совмещенного процесса сварки-формовки. Не исследовано влияние величины исходного зазора между соединяемыми кромками, степени деформации материала и разрежения в технологической камере на качество соединения.
Цель работы.
Разработка совмещенного процесса магнитно-импульсной сварки-формовки (МИСФ) тонкостенных трубчатых деталей. Создание научно обоснованных методов выбора и расчета энергетических параметров технологии.
Для реализации поставленной цели необходимо было решить ряд задач:
Научно обосновать выбор комбинированного процесса магнитно-импульсной сварки-формовки для изготовления тонкостенных штампосварных трубчатых деталей.
Создать экспериментальное оборудование и исследовать совмещенный процесс МИСФ.
Разработать алгоритм выбора и расчета рациональных параметров технологии и оборудования МИСФ.
4 Разработать технологию и автоматизированное
оборудование МИСФ.
5. Внедрить результаты исследований и проектных
изысканий в производство.
Методы исследования.
Анализ процесса магнитно-импульсной сварки-формовки осуществлялся на основе теории электроэрозионной обработки, дислокационной теории образования соединений в твёрдой фазе, электродинамики.
Качество сварного соединения оценивалось по результатам испытаний на механическую прочность, термостойкость, герметичность, а так же металлографическими исследованиями.
Электромагнитные параметры обработки регистрировались
современными электронными измерительными приборами с использованием специально разработанных датчиков.
Научная новизна.
Вскрыт механизм принципиально нового способа магнитно-импульсной сварки тонкостенных трубчатых деталей, выявлена взаимосвязь между деформацией заготовки, магнитно-импульсным воздействием и формированием неразъемного соединения в твердой фазе.
Обосновано использование магнитно-импульсной обработки для электроэрозионной очистки (ЭЭО) между соединяемыми поверхностями. ЭЭО происходит в результате электрического пробоя зазора между соединяемыми поверхностями и выплеска жидкого металла с загрязнениями из зоны сварки.
Установлено, что магнитно-импульсное воздействие необходимо формировать таким образом, что бы элекгроэрозионная очистка и формообразование были завершены до сближения очищенных поверхностей под действием магнитного давления.
Определены соотношения между удельной энергией необходимой для осуществления формообразования \Л/ф и удельной энергией необходимой для реализации сварочного процесса WCB. При условии У\/СВ/\Л/Ф<0,9 возможен непровар -необходимо увеличить энергию воздействия. Если \Л/ф/У\/св>1Д -процесс, в принципе, не реализуется.
Разработан алгоритм расчета и выбора параметров
техпроцесса и оборудования, отличающийся тем, что
энергетические характеристики магнитно-импульсной обработки
определяются с учетом электроэрозионной очистки поверхностей,
соотношения энергий необходимых для реализации процессов
формообразования и сварки, соединения материалов в твёрдой
фазе. } _
Практическая ценность и реализация результатов работы.
Результаты исследований и алгоритм расчета параметров процесса МИСФ были использованы при разработке технологии и оборудования для изготовления облегчённых экранирующих корпусов электросоединителей. Работы проводились в рамках программы исследовательских работ ГКНПЦ им. М.В. Хруничева и ДПУ.
Полученные результаты использованы в учебном процессе
Донского государственного технического университета. На защиту выносится:
результаты экспериментальных и теоретических
исследований нового комбинированного магнитно-импульсного
способа получения штампосварных трубчатых деталей.
- гипотеза формирования соединения в процессе МИСФ;
условия качественной обработки при МИСФ;
алгоритм расчета и выбора параметров техпроцесса и оборудования МИСФ;
проектные изыскания и разработанные конструкции установки и инструмента.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:
заседаниях кафедры «Машины и автоматизация сварочного производства» ДГТУ, 2001-2007.
IV международной научно-технической конференции по динамике технологических систем, г. Ростов-на-Дону, 2001.
научно-технической конференции «Сварка на рубеже веков» МГГУ им. Н.Э. Баумана г. Москва, 2002.
научно-технической конференции «Эффективные материалы, технологии и оборудование для сварки плазмы, нанесение покрытий, металлообработки и порошковой металлургии», г. Ростов-на-Дону, 2004.
II международной научно-технической конференции "Металлофизика, механика материалов и процессов деформирования" - Металлдеформ. г. Самара, 2004.
международной научно-технической конференции "Магнитно-импульсная , обработка материалов. Пути совершенствования и развития", г. Самара, 2007.
ежегодных научно-технических конференциях студентов и профессорско-преподавательского состава ДГТУ, 2000-2007.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных статей и докладов, получены два патента на изобретения.
Объём и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, содержащего 113 наименований и приложения.
Диссертация изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 15 таблиц, 47 рисунков.
