CC BY
54
М.: Машиностроение, 2009. 442 с.
S.S. Yakovlev, V.N. Chudin, A.A. Perepelkin
THE MATHEMATICAL MODEL OF ISOTHERMAL CORPSE PANELS ELEMENTS PRESSURE WELDING
The calculation ratios for hot pressure welding technologies designing are offered. As the basis. The short durated creeping equation and for upper limit estimating method were used.
Key words: ribbed panel, force, welding, damageability, technological regimes, velocity field, time, technological parameters.
Получено 16.09.11
УДК 621.983; 539.374
С.С. Яковлев, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
B.Н. Чудин, д-р техн. наук, проф., (499) 901-51-44, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Москва, МИИТ),
C.Н. Ларин, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ЛИСТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Описаны технологические процессы изготовления типовых одно- и многослойных конструкции формообразованием с диффузионной сваркой.
Ключевые слова: многослойные конструкции, лист, пневмоформовка, ползучесть, деформирование, сварка давлением.
Технологические процессы производства деталей и узлов авиакосмических летательных аппаратов имеют основную задачу - обеспечение проектных тактико-технических характеристик изделий при оптимальных сроках освоения серийного производства. Эта задача ставится на стадии проектно-конструкторских разработок и опытного изготовления. В этой связи для создания новых летательных аппаратов необходимы конструк-торско-технологические решения.
Взаимовлияние конструкции и технологии позволяет совершенствовать оптимальным образом проектно-конструкторские разработки и методы технологии по качеству изделий, трудоемкости и в конечном итоге по стоимости и срокам освоения производства. Реализуя задачи проектировщиков изделий, технологии становятся наукоемкими, так как способы обработки, на которых они построены, требуют теоретических методов
расчета режимов и их отработки. Обеспечение необходимых уровней прочности, точности геометрических форм изделий из высокопрочных материалов при условии преемственности и воспроизводимости является важной задачей технологов.
Основной объем по металлоемкости в изделиях занимают корпусные узлы. Корпусными узлами летательных аппаратов являются оболочки различной геометрической формы (плоские, цилиндрические, сферические, ячеистые и т.д.), несущие нагрузку в процессе эксплуатации, в частности, обтекатели, корпуса отсеков, емкости, крылья, радиаторы из алюминиевых и титановых сплавов. Они должны иметь высокую удельную прочность (отношение разрушающей нагрузки к собственной массе), так как несут большую критическую нагрузку, и надежно работать на продольный изгиб и поперечное сжатие.
Применяемые в конструкциях изделий корпуса из литья, труб, поковок, толстолистового проката имеют большую относительную толщину подкрепления в виде клепаных или вваренных шпангоутов и стрингеров. Для охлаждения конструкций и теплообменников на поверхности оболочки монтируют трубки для циркуляции теплоносителя и элементы монтажа. Все названные узлы конструкций имеют большую номенклатуру входящих деталей, металлоемки, а их изготовление требует большого цикла механической обработки, подгонки, сборки, что отражается на качестве изделия.
Сложность технологических процессов их изготовления приводит к длительным циклам их отработки (табл. 1), влияющих в конечном итоге на качество и сроки изготовления изделий. Все это вызывает необходимость изыскания новых подходов к конструированию корпусных узлов и технологий, сближения на этой основе стадий проектирования изделий и технологической подготовки производства.
Таблица 1
Анализ существующих технологических процессов изготовления изделий авиакосмической техники
Наименование изделия Узел изделий Применяемые материалы Традиционная технология Недостатки
Листовые криволинейные оболочки Шар-баллоны, днища баков емкостей, стенки, перегородки Титановые сплавы ВТ6С, ВТ14, ВТ23; алюминиевые сплавы АМг6, 1201 Многопереходная штамповка, калибровка взрывом; горячая штамповка с последующей механической обработкой резанием Недостаточная точность геометрии; высокая трудоемкость; низкий КИМ
Окончание табл. 1
Наименование изделия Узел изделий Применяемые материалы Традиционная технология Недостатки
Панели двухслойные с каналами Системы терморегулирования отсеков Алюминиевые сплавы АМг6, АД1 Механическая обработка, пайка Низкая прочность изделия
Панели вафельные Стенки баков топлива Алюминиевые сплавы АМг6, 1971, 1911, 1201 Механическая обработка (фрезерование), электро-эррозия Высокая трудоемкость, низкий КИМ
Панели корпуса со шпангоутами Корпуса, крылья, люки, платформы, обтекатели Титановые сплавы ВТ6С, ВТ6, ВТ14, ВТ23; алюминиевые сплавы АМг6, 1201, 1911 Механическая обработка, сварка толстостенных заготовок Недостаточная удельная прочность узла; низкий КИМ
Перспективно применение корпусных конструкций с монолитными ребрами жесткости (шпангоутами) и фланцами, многослойных ячеистых (пустотелых) оболочковых конструкций, которые могут состоять из наружных листов-обшивок и внутренних формованных листов-заполнителей. В настоящее время перспективны конструкции двухслойных радиаторов систем терморегулирования с каналами между листами для хладоагента.
Панели с разнесенными листовыми обшивками способны нести высокие нагрузки при поперечном сжатии и продольном изгибе, что делает их эффективными для летательных авиакосмических аппаратов. Типовые конструкции корпусных узлов представлены на рис. 1.
1.Шар-баллоны, днища, стенки
2.Панели вафельные, панели охлаждаемые трубчатые
3. Радиаторы, панели гофровые
3-слойные
4. Панели ячеистые
4-слойные
Рис. 1. Типовые конструкции корпусных узлов
Формирование характеристик изделий закладывается в заготовительном производстве, прежде всего, процессами обработки давлением, которые должны обеспечить качество деталей и узлов по характеристикам прочности, точности, герметичности, теплостойкости и т.д. При этом задаваемая точность геометрии форм должна быть достигнута с минимальным объемом механической обработки. Эффективность производства в значительной мере определяется состоянием разработки и внедрения процессов горячего деформирования, способного во многом решать эти задачи.
Анализ конструкций узлов и деталей летательных аппаратов показывает, что эффективность технологии формируется за счет сокращения доли механической обработки и сварки, ограничивающих удельную прочность деталей, вызывающих нарушение их геометрии и потерю герметичности.
Высокопрочные титановые (ВТ6С, ВТ14, ВТ20, ВТ23) и алюминиевые (АМг6, 1911, 1201) сплавы широко используются при изготовлении летательных аппаратов. Обеспечение высокой несущей способности, относительно малой массы, стойкости в агрессивных средах вызывает необходимость использования этих материалов. С другой стороны, высокая прочность и низкая пластичность названных материалов создают проблему их технологической обработки. Перспективным направлением в решении этой проблемы является изотермическая обработка давлением в определенных температурно-скоростных режимах (табл. 2). В этих условиях обработки деформируемый материал проявляет способность к вязкопласти-ческому и вязкому течению, что показывают теоретические и экспериментальные исследования. Открываются перспективы реализации больших степеней формоизменения без разрушения при относительно низких технологических силах, высокой заполняемости форм, получения точной геометрии изделий.
В связи с этим необходимо проведение большого цикла технологических работ, связанных с проектированием процессов, оснастки, оборудования и запуском промышленного производства узлов изделий.
В соответствии с представленными выше узлами (деталями) технологические процессы разделены на типовые группы:
1) формообразование газом однослойных оболочек типа емкостей и
стенок;
2) формообразование панелей вафельных и охлаждаемых трубчатых;
3) формообразование двух- и трехслойных радиаторных и корпусных панелей с продольными каналами;
4) формообразование четырехслойных ячеистых конструкций панелей корпуса.
Габаритные размеры узлов изделий: баллоны и днища - 0390... 800 мм с толщинами стенок 1...5 мм; панели - 500 х 1200 мм при строительной высоте (толщине) 15...50 мм с толщинами исходных листов 0,5...5 мм.
Из анализа табл. 2 следует, что основными операциями, обеспечивающими техническую эффективность конструкций, являются процессы формообразования и соединения их элементов методами обработки давлением.
Новые технологические процессы и их эффективность
Таблица 2
Группы деталей и узлов Наименование изделия Узел изделий Новый технологический процесс Эффективность
Увеличение удельной прочности (раз) Снижение массы (раз) Снижение трудоемкости (раз) Увеличение КИМ, (с / до)
1 .Листовые криволиней-ные оболочки Шар-баллоны, днища баков емкостей, стенки, перегородки Газоформовка листовой заготовки и и 2 0,2 / 0,9
2 Вафельные и охлаждаемые панели^двух-слойные Стенки баков топлива Газоформовка ячеек одного листа - диффузионная сварка (или пайка) с другим .листом 1,5 и 1,5... 2 0,1/0,7
3 Радиаторные двухслойные и трехслойные гофровые панели Радиаторы систем терморегулирования Диффузионная сварка (или пайка) в пакете двух листов - газоформовка 1,5...2 и 2...3 0,3/0,95
4 Корпусные четырехслой-ные ячеистые конструкции Корпуса, крылья, .люки, платформы Диффузионная сварка - газоформовка ячеек - диффузионная сварка ячеек и листов 1,5—1,7 1,5 2...3 0,3/0,9
Предложенные технологические процессы позволили повысить удельную прочность материала деталей на 20...30 %; снизить массу деталей и узлов на 20.25 %; увеличить коэффициент использования материалов с 0,2 до 0,8, а сроки подготовки производства и трудоемкость изготовления изделий сократить в 1,5 - 2 раза.
Работа выполнена по ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 годы)», грантам РФФИ и по государственному контракту в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.
Список литературы
1. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов / С.С. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2004. 427с.
2. Изотермическая пневмоформовка анизотропных высокопрочных листовых материалов / С.С. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2009. 352 с.
S.S. Yakovlev, V.N. Chudin, S.N. Larin
THE BACKGROUND TECHNOLOGIES OF MULTILAYERED SHEET CONSTRUCTIONS DEFORMING
The technological processes of typical mono- and multilayered constructions producing by the deforming with diffused welding are described.
Key words: multilayered constructions, sheet, pneumatic forming, creeping, deforming, pressure welding.
Получено 16.09.11
УДК 621.983; 539.374
К.С. Ремнев, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ), В.Н. Чудин, д-р техн. наук, проф., (499) 901-51-44, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Москва, МИИТ), Ю.В. Бессмертная, асп., (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ВЫТЯЖКА КОРОБКИ С БОЛЬШИМИ УГЛОВЫМИ РАДИУСАМИ
Приведены математическая модель и результаты теоретических исследований операции вытяжки низких коробчатых деталей с относительно большими угловыми радиусами.
Ключевые слова: коробчатая деталь, математическая модель, напряжение, деформация, пластичность, сила, мощность, анизотропия, матрица, пуансон, вытяжка.
Коробки с относительно большими угловыми радиусами r^гл /(2A1 - h) > 0,4 вытягивают из овальных заготовок [1, 2], здесь A1 и h -
