CC BY
11
Б01 10.25987/У8Ти.2019.15.4.019 УДК 621.7
ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ТРУБ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГИБКОГО НАПОЛНИТЕЛЯ В.И. Максименков1, М.В. Молод1, В.И. Федосеев2
воронежский государственный технический университет, г. Воронеж, Россия 2Филиал ПАО «Корпорация «Иркут», г. Воронеж, Россия
Аннотация: рассмотрен процесс формообразования труб с помощью наполнителя. Предложен наполнитель в виде гибкой оправки, обеспечивающий создание внутреннего давления на стенки трубы, что исключает появление браковочных признаков. Давление на внутренние стенки трубы может меняться при изменении радиуса гиба трубы и угла клиньев оправки. Основные материалы, применяемые для формообразования труб, - алюминиевые и титановые сплавы, нержавеющие стали. Сформулированы методы изготовления труб. Цель работы - повышение качества получаемых труб. Рассмотрен процесс формообразования труб. При этом гибкую оправку помещают внутрь трубы. Гибкая оправка содержит две тяги с нанизанными на них клиньями, которые обеспечивают взаимодействие с разрезными кольцами в противоположных направлениях относительно средней части трубы. Кольца могут изменять свой диаметр, подкрепляя внутреннюю поверхность трубы. При формообразовании трубы увеличивается давление на ее стенки за счет изменения радиуса изгиба и изменения длины наружного слоя. Гибкая оправка обеспечивает повышение устойчивости трубы к возникновению складок и искажению ее геометрической формы от исходной по ее сечению. Заданы параметры трубной заготовки. Выполнены расчеты величины давления разрезного кольца на трубу qв с учетом механических и геометрических параметров трубной заготовки. Основным условием процесса формообразования трубной заготовки, обеспечивающим качественное получение детали и исключающим появление браковочных признаков, является выполнение условия qн < qв
Ключевые слова: формообразование трубы, гибкая оправка, браковочные признаки, разрезное кольцо, клинья, гибкие тяги
Введение
В конструкциях летательных аппаратов широкое применение находят трубы. Так, в топливных, гидравлических, пожарных системах самолета применяются трубы различных геометрических параметров.
Основные материалы, применяемые для изготовления труб - алюминиевые, титановые сплавы, нержавеющие стали.
С учетом различных типоразмеров труб методы их формообразования можно разделить на следующие: гибка вручную, гибка в штампах, гибка на специализированных станках, гибка на оборудовании с ЧПУ.
Выбор метода изготовления труб определяется геометрическими параметрами труб, маркой материала и производственной программой по выпуску изделия.
В процессе гибки труб возможно появление браковочных признаков (рис. 1).
Характер распределения деформаций и напряжений при изгибе трубы приведен в работах [1], [2].
Наполнитель жесткий и эластичный, используемый в процессе изгиба заготовки, вы-
полняется с учетом параметров оборудования для изготовления трубы.
Рис. 1. Браковочные признаки Постановка задачи
Задача, поставленная в статье, - разработать конструкцию гибкого наполнителя, который позволяет осуществлять регулирование величины внутреннего давления на трубу в процессе ее изгиба, изменение механических свойств заготовки.
Цель работы - разработка конструкции гибкого наполнителя, позволяющего повысить качество изготовления труб, исключить браковочные признаки.
© Максименков В.И., Молод М.В., Федосеев В.И., 2019
Конструктивные особенности гибкого наполнителя
Наполнитель выполнен в виде гибкой оправки (рис. 2, 3) [3].
Рис. 2. Поперечное сечение трубы
Рис. 3. Продольное сечение трубы: 1 - пуансон; 2 - обкатной ролик; 3 - труба; 4 - эластичный стержень; 5 - разрезное кольцо; 6 - клин; 7 - резиновое кольцо; 8 - гибкая тяга; 9 - гайка; 10 - болт; 11 - крышка; 12 - пружина
Процесс изгиба трубы осуществляется следующим образом.
Перед изгибом трубы наполнитель в виде гибкой оправки [3] устанавливается внутрь трубы 3.
При перемещении обкатного ролика 2 начинается изгиб трубы. При этом удлиняется наружная поверхность трубы и гибкие тяги 7, перемещаясь вместе с клиньями 8, взаимодействуют с разрезными кольцами 5 и изменяют их диаметр. При этом повышается давление на внутреннюю поверхность трубы. Процесс формообразования завершается после изгиба трубы на заданный радиус, определяемый пуансоном 1.
Гибкая оправка содержит две тяги, соединенные с клиньями (рис. 3), которые обеспечивают взаимодействие с разрезными кольцами в противоположных направлениях относительно средней части трубы. Разрезное кольцо 5 с клином 6 показано на рис. 4.
Рис. 4
Описанный выше процесс обеспечивает повышение устойчивости трубы к образованию складок и искажению геометрической формы от исходной по ее сечению. Давление на трубу можно регулировать посредством варьирования элементами оправки.
Расчет параметров процесса изгиба трубы с гибким наполнителем
Разработана программа, позволяющая моделировать процесс изменения удельного давления на внутреннюю поверхность трубы qв в процессе ее изгиба с учетом параметров гибкой оправки.
Характер изменения деформаций при изгибе трубы Rизг приведен на рис. 5.
Параметры процесса формообразования трубы с применением гибкого наполнителя определяются из уравнения равновесия на ось Х (рис. 4), имеем (1):
P-2Nsina-2Pтр•cosa=0, (1)
где Ртр - усилие трения, вычисляется (2):
РТр=Мк-К, (2)
где N - усилие, нормальное к поверхности скольжения, определяется (3):
^Р/(2^ша+М^шза)), (3)
где Мк - коэффициент трения;
а - угол наклона клина. Давление разрезного кольца на трубу дв определяется (4):
дв=^ак)/Як, (4)
где t - толщина разрезного кольца, см; Як - радиус разрезного кольца, см; ок - напряжение в разрезном кольце:
(5)
где F - площадь поперечного сечения разрезного кольца, см2; а - угол наклона клина, град.
Тогда, подставив значение (5) в (4) с учетом (3), получим (6):
qв=(t•Р)/(2(sina+Мк•cosa)Rк•F•cosa). (6) Давление трубы на разрезные кольца вычисляется (7):
qн=(tl•Ol)/Rизг , (7)
где ^ - толщина стенки трубы;
о1 - напряжения в зоне изгиба трубы; Rизг радиус изгиба трубы. Усилие натяжения гибких тяг определяется (8):
Р=21Ч(8та+Мк-со8а). (8)
Напряжение в разрезном кольце при максимальном значении упругих деформаций определяется (9):
Ок=Е-е, (9)
где Е - модуль упругости разрезного кольца, Е=20700 кг/см2; е - упругая деформация, е=0,06. Усилие Т, действующее в разрезном кольце 5 на клин 10 в направлении АС, равно (10): Т=ок-Р (10)
Параметры гибкой оправки и выполненные расчеты приведены в табл. 1, 2.
Таблица 1 Параметры трубы и гибкой оправки
Основным условием процесса формообразования, обеспечивающего качественное полу-
чение детали и исключение браковочных признаков при выполнении условия (рис. 5):
qн< qв
е - характер деформаций
Рис. 5. Схема процесса формообразования трубы
Образец трубы из АМГ-2М, полученный изгибом, представлен на рис. 6.
Рис. 6. Образец трубы Выводы
1. Разработана гибкая оправка для формообразования труб, обеспечивающая регулирование давления внутри трубы и позволяющая исключить появление браковочных признаков.
2. Получены зависимости и выполнены расчеты параметров процесса формообразования трубы на заданный радиус кривизны, которые распространяются на заготовки из металлических материалов с различными геометрическими размерами.
3. Проведены экспериментальные исследования по формообразованию труб, подтверждающие работоспособность конструктивного решения и возможность использования его для различных деталей из трубных заготовок.
Проведенный анализ метода изготовления труб показывает, что его целесообразно при-
№ п/п Параметры Значения
1 Наружный диаметр трубы, мм 32
2 Толщина стенки трубы ^ мм 2
3 Радиус изгиба трубы Rизг, мм 150
4 Длина изгибаемой части, мм 450
6 Угол наклона разрезного кольца а, ° 34
7 Коэффициент трения Мк 0,2
8 Площадь разрезного кольца Б, 2 см 0,12
Таблица 2 Расчетные данные
№ п/п Параметры Значения
1 Напряжение в разрезном кольце ок, МПа 124
2 Усилие, действующее в разрезном кольцеТ, кгс 124
3 Давление разрезного кольца на трубу qв, МПа 3,9
4 Давление трубы на разрезные кольца qн, МПа 1,7
менять для формообразования коротких труб длиной до 1000 мм, при этом диаметр заготовок колеблется от 20 до 80 мм.
Литература
1. Горбунов М.Н. Технология заготовительно-штамповочных работ в производстве летательных аппаратов. М.: Машиностроение. 1970. С. 351.
2. Гольперин А.И. Машины и оборудование для изготовления криволинейных участков трубопроводов. М.:
Наука, 1983. С. 203.
3. Пат. 2201308 Российская Федерация. Способ гибки труб и устройство для его осуществления / Макси-менков В.И., Одинг С.С., Клименков А.Н.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт автоматизированных средств производства и контроля", Общество с ограниченной ответственностью "Центр программного управления "Тест". № 2000115072/02; заявл. 09.06.2000; опубл. 27.03.2003.
Поступила 02.06.2019; принята к публикации 05.08.2019
Информация об авторах
Максименков Владимир Иванович - д-р техн. наук, профессор, Воронежский государственный технический университет (394026, Россия, г. Воронеж, Московский проспект, 14), e-mail: [email protected]
Молод Марина Владиславовна - д-р техн. наук, доцент, Воронежский государственный технический университет (394026, Россия, г. Воронеж, Московский проспект, 14), e-mail: [email protected]
Федосеев Владислав Игоревич - инженер-конструктор, филиал ПАО «Корпорация «Иркут» (394029, Россия, г. Воронеж, ул. Циолковского, 27), e-mail: [email protected]
FORMATION OF PIPES WITH THE APPLICATION OF THE FLEXIBLE FILLER
V.I. Maksimenkov1, М.V. Molod1, V.I. Fedoseev2
'Voronezh State Technical University, Voronezh, Russia 2PJSC "Corporation "Irkut", Voronezh, Russia
Abstract: the article discusses questions of forming pipes using filling. A filler in the form of a flexible mandrel is proposed, which ensures the creation of internal pressure on the pipe walls, which excludes the appearance of rejection signs. The pressure on the inner wall of the pipe can vary with the change of the bending radius of the pipe and the angle of the wedges of the mandrel. The main materials used for forming pipes are aluminum and titanium alloys, stainless steels. Methods for the manufacture of pipes are formulated. The purpose of the work is to improve the quality of the pipes produced. The process of forming pipes is considered. At the same time, this flexible mandrel is placed inside the pipe. The flexible mandrel contains two rods with wedges strung on them, which provide interaction with split rings in opposite directions relative to the middle part of the pipe. Rings can change their diameter, reinforcing the inner surface of the pipe. When forming a pipe, pressure on its walls increases due to a change in the bend radius and a change in the length of the outer layer. A flexible mandrel provides increased resistance of the pipe to the occurrence of folds and distortion of its geometric shape from the original in its cross section. The parameters of the pipe billet are given. Calculations were made of the pressure of the split ring on the pipe qin, taking into account the mechanical and geometrical parameters of the tubular billet. The main condition of the process of forming tubular billet, providing quality parts, and excluding the appearance of rejection signs, is the condition qout < qin
Key words: pipe forming, flexible mandrel, rejection sign, split ring, wedges, flexible pulls
References
1. Gorbunov M.N. "Technology of procurement and stamping works in the production of aircraft" ("Tekhnologiya zagotovitel'no-shtampovochnykh rabot v proizvodstve letatel'nykh apparatov"), Moscow, mashinostroenie, 1970, 351 p.
2. Gol'perin A.I. "Machines and equipment for the production of curved sections of pipelines" ("Mashiny i oborudovanie dlya izgotovleniya krivolineynykh uchastkov truboprovodov"), Moscow, nauka, 1983, 203 p.
3. Maksimenkov V.I., Oding S.S., Klimenkov A.N. "Method of pipe bending and device for its implementation" ("Sposob gib-ki trub i ustroystvo dlya ego osushchestvleniya"), patent 2201308 of RF, publ. 27.03.2003.
Submitted 02.06.2019; revised 05.08.2019 Information about the authors
Vladimir I. Maksimenkov, Dr. Sc. (Technical), Professor, Voronezh State Technical University (14 Moskovskiy prospekt, Voronezh 394026 Russia) e-mail: [email protected]
МarinaV. Molod, Dr. Sc. (Technical), Associate Professor, Voronezh State Technical University (14 Moskovskiy prospekt, Voronezh 394026 Russia), e-mail: [email protected]
Vladislav I. Fedoseev, Engineering Designer, Public company «Corporation «Irkut» (27 Tsiolkovskogo str., Voronezh 394029, Russia), e-mail: [email protected]
