CC BY
6Метод получения обводообразующих оболочек с минимальной разнотолщинностью способами обтяжки
В. А. МИХЕЕВ, доцент, канд. техн. наук, Д. В. ЩУРОВСКИЙ, аспирант, Самарский государственный аэрокосмический университет,
г. Самара
Производство современного летательного аппарата (ЛА) требует разработки новых технических и технологических решений, обеспечивающих постоянно растущие требования для улучшения эксплуатационных характеристик изделия.
Во-первых, большие скорости полета современных самолетов предъявляют жесткие требования к форме и точности выполнения аэродинамических обводов планера. В связи с этим усложнились пространственные формы обводообразующих оболочек и соприкасающихся с ними деталей каркаса, повысилась их точность, что значительно увеличило трудоемкость их-изготовления.
Во-вторых, оболочки аэродинамического обвода ЛА выполняют функции деталей обшивок, обеспечивающие прочность и неразрушаемость конструкции изделия. Эти условия выполняются, есл/1 учесть толщину и допуски на толщину оболочки.
В-третьих, уменьшение массы ЛА во многих случаях требует применения листовых крупногабаритных оболочек сложной формы, что обуславливает совершенно отличное от других производств решение вопросов точности и взаимозаменяемости, связанных с геометрической увязкой технологической оснастки.
В совокупности, выполнение этих требований зависит в первую очередь от возможности получения обводообразующих оболочек с минимальной разнотолщинностью.
Проблема заключается в том, что разработка процессов получения обводообразующих оболочек с минимальной разнотолщинностью представляет сложную, до сих пор нерешенную задачу. Создание новых процессов, в том числе автоматизированных [1, 2], способных обеспечить получение обводообразующих оболочек с минимальной раз-нотолщинносткю, открывает дорогу для конструктивного совершенствования ЛА.
Формообразование обтяжкой обводообразующих оболочек двояковыпуклой формы с заданными геометрическими характеристиками достигается выравниванием деформаций растяжения по поверхности детали без их локализации в наиболее растянутых продольных волокнах при благоприятной схеме деформаций.
Для формообразования обтяжкой оболочек двояковыпуклой формы необходимо выявить связь между геометрией пуансона и перемещениями силовых элементов оборудования. Зависимости установлены по главным кривизнам рабочей поверхности пуансона при совмещении направления одной из главных кривизн с направлением при-лохения сил при обтяжке заготовки на прессе с прямолинейно расположенными неподвижными зажимами
Новый способ заключается в следующем [3]. Сначала на первом этапе производится формообразование заготов-
ки на угол 2осн, соответствующей форме готовой детали (рис. 1). Рассматриваемый этап деформирования должен обеспечить прилегание свободных от зажимов 1 кромок заготовки к пуансону 2 засчет подъема стола пресса 3 вверх усилием О нижних гидроцилиндров 4. Этот момент на прессе ОП - 3 контролируется величиной подъема стола и углом охвата обтяжного пуансона.
Контроль за подъемом стола пресса и углом охвата обтяжного пуансона заготовкой осуществляется непрерывно. Величина подъема стола пресса постоянно опрашивается аналоговым датчиком с частотой, определяемой малой стадией деформирования (1,2,..] -1, ДО. Тогда перемещение обтяжного пуансона вверх на каждой ]-ой стадии
Рис. 2
ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
равно:
Д< = R2o (cos - cos р„ах') + Rp (1 - cos P!at); (1)
а деформация, полученная точкой О при перемещении пуансона вверх на величину Дд^, равна:
(2)
где R, R2u - радиусы оболочки по главным кривизнам;
Роак ' Угол' определяющий элемент заготовки в момент его касания с пуансоном в точке «g»;
Rp - радиус участка свободного пластического изгиба в районе точки g центрального поперечного сечения.
Чтобы обеспечить прилегание свободных от зажимов кромок заготовки к обтяжном/ пуансону можно использовать на первом этапе один из известных способов обтяжки или их комбинацию, не допуская локализации деформации в районе схода заготовки с обтяжного пуансона.
Это не произойдет, когда соотношение между участками og и gG таково, что в свободной части заготовки отсутствует пластическая деформация, т.е. выполняется Р
неравенство: ~^~T<<ys
ТУ Q ■
где Р = — sina^ - усилие растяжения;
В0, t0 - ширина и толщина листовой заготовки;
а, - предел текучести материала.
Тогда при простой обтяжке на угол охвата ак полученная граница очага деформаци/i займет положение, обозначенное линией I на рис.1.
Величину плоских недеформированных участков [gG) можнс значительно уменьшить при ступенчатой обтяжке на угол охвата первой ступени a=ajX, где Я - количество ступеней. На первой ступени полученная граница счага деформации займет положение, обозначенное линией II на рис. 1.
Ступенчатая обтяжка осуществляется засчет контролируемого подъема стола пресса ОП-3 с обтяжным пуансоном по ступеням, определяемых на каждой ступени углом охватг соответственно аС1 2ас и Аас= ак. Для обеспечения углов охвата соответственно ас, 2ас, Аас= ак применяются специальные прямолинейные штанги 5, устанавливаемые в заданное положение с помощью верхнего стола портала
б. Перемещение обтяжного пуансона вверх Лос'ас на первой ступени с углом охвата ас на каждой у-ой стадии определяется формулой, аналогичной (1).
На первом этапе необходимо получить окончательную форму оболочки в сечении, проходящем через вершину в точке О. После проведения первого этапа деформирования производится разгрузка оболочки за счет опускания стола пресса и движения кареток от стола в стороны. Происходит разгиб заготовки за счет упругих деформаций заготовки.
В результате разгиба радиус /?1о увеличивает, а радиус R2o, наоборот, уменьшает свою зеличину. Вершина обопочки в точке О приподнимается над поверхностью пуансона на величину fp (рис. 2). Далее засчет подъема стола пресса выполняется обтяжка оболочки в новом положении. При этом обеспечивается деформирование краевых участков в районе точки G, определяемых углом Д.
Перемещение обтяжного пуансона вверх на каждой у'-ой стадии равно:
+*,[!-«>.(&'-/&,)] ; (3)
а деформация, полученная точкой в при перемещении пуансона на величину равна:
< =М V г )■ (4)
Второй этап заканчивается при достижении заготовкой угла ак, на котором также возможно использовать известные способы обтяжки.
Рассмотренный метод получения обводообразующих оболочек двояковыпуклой формы с минимальной разно-толщинностью способами обтяжки реализуется при совпадении главных деформаций с направлениями главных кривизн оболочки и с вектором приложения нагрузки в зажимах пресса (с направлением обтяжки). В этом направлении расположены и оси анизотропии листовой заготовки. Созданные условия обеспечивают схему симметричной обтяжки.
Такая схема реализуется засчет применения параметрических 30 моделей, созданных на основе метрических свойств внутренней геометрии соприкасающейся квадратичной поверхности, для изготовления формообразующей оснастки на станках с ЧПУ.
Для этого поверхность приводится к сетке линий кривизн с параметрами и и у, определяющее кривизны к1 и к2 в каждой точке и направления осей главных кривизн в этой точке, совмещенных с вертикальными плоскостями симметрии N1 и N2.
Для подтверждения теоретических выкладок проведены исследования по распределению деформаций в элементах оболочки по переходам.
Эксперименты проводились в промышленных условиях и связаны с получением крупногабаритной сферической оболочки радиуса R=5^80 мм. при размерах заготовки 41)1)0x2100x5 из сплава АМгбМ и углом охвата «„=60°.
На рис. 3 приведены распределения деформации растяжения е? на всей поверхности оболочки: а) после второго перехода, соответствующего формообразованию на первой ступени первого этапа с углом охвата ас= 45°; б) после четвертого перехода, соответствующего формообразованию второй ступени первого этапа с полным углом охвата а„=60°; в) после шестого перехода, соответствующего формообразованию второго этапа (после разгрузки и разгиба) оболочки на угол <тр=45°.
Обмеры координатной сетки на поверхности заготовки и ее толщины производились после каждого перехода обтяжки, и данные обрабатывались в соответствии с ГОСТ 8.207-76. Сравнение расчетных и экспериментальных данных указывало на их практическую сходимость в пределах 10%.
Технологическая проработка возможности получения такой сферической оболочки, имеющей К0БТдо 1,25 и угол ап до 60° показала, что использование способа простой обтяжки потребовало бы 15 переходов с промежуточными отжигами. При этом имело место разнотолицинность 30 %.
Анализ полученных графиков показывает, что распределение деформации на первых четырех переходах неравномерно, особенно в поперечном направлении. Перегибы графиков в продольном направлении слева и справа от вершины детали характеризуют деформирование без локализации деформации е, в районе схода заготовки с об-
тяжного пуансона под углом ас или ак. На рис.3 (е) видно, что на шестом переходе с углом разгиба «р=45° обеспечивается деформирование краевых участков заготовки без деформирования центральной части. Деформирование оболочки с угла разгиба 45° на угол ая=60° практически выровняло толщину по поверхности детали, которая составила 3,6...3,8 мм. На рис. 3 (г) приведены графики ко-
-ес— номера поперечных линий
ISO V0 KU SO %9 1XV9 WW X Я» 70 60 SO ЬО 39 29 ti О
-номера поперечник лший
ISO 170 160 150 М DO 120 ПО ВО 90 8) ?0 60 SO 40 М 21 10 О
эффициентов сужения (ff = в21е1 и утонения <р" = еэ/еи соответствующие шестому переходу обтяжки оболочки сферической формы на прессе с прямолинейно расположенными зажимами, где I - зона оболочки; II - зона несоответствия контуров пуансона и зажимов; III - зона заготовки, не контактирующей с пуансоном; IV - зона в зажиме пресса.
— номера поперечных пинии
КО 179 W 1S0 %9 V9 SB W V0 90 $0 70 iS SO iO X 23 О О
номера поперечных линии -
90 69 70 SC SO iO JO 20 TO
:. 3
В первой зоне оболочки значения (ff и (ff' стабильны, что подтверждает получение оболочки сферической формы практически с равной толщиной по поверхности.
Числовая оценка результатов эксперимента показала, что разнотолщинность полученной оболочки укладывается в допуск на толщину листового материала в пределах (0,15...0,2) мм при равномерном утонении в диапазоне еЗ = 0,2...0,22.
Таким образом, разработанный метод получения обво-дообразующих оболочек двояковыпуклой формы с минимальной разнотолщинностью способами обтяжки позволяет удовлетворить как эксплуатационные требования, так и интенсифицировать процесс деформирования анизотропной листовой заготовки.
Литература
1. Михеев В А, Малышев Б.С., Логвинов A.B., БорсеикС.Ю.,
Смольников С.Д., Хритин А.А. Разработка системы автоуправления для обтяжного оборудования на базе ПК, ПЛК БМАКТ2 и сети РРОРЮиБ // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 1999. - №2.
2. Нестеоенко Е.В., Щуровский Д.В. Конструктивно-тех-нологическое проектирование проиесса обтяжки деталей оболочек двойной кривизны с применением открытых информационных систем. VI Королевские чтения: Всероссийская молодежная научная конференция. Тезисы докладов. Тим I. - Самара: Издательство Самарского научного центра Российской академии наук, 2001.
3. Щуровский Д.В., Михеев В. А. Способ получения рав-нотолщинной оболочки двояковыпуклой формы. Тезисы докладов 3-й международной конференции молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки». Естественные науки. Секция: Механика. Самара: СамГТУ, 2002.
