Сверхпластическая формовка гофрированных оболочек Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Секция

«ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ»

УДК 539.374:621

П. А. Алексеев, К. А. Туркин Научный руководитель - Е. В. Панченко Тульский государственный университет, Тула

СВЕРХПЛАСТИЧЕСКАЯ ФОРМОВКА ГОФРИРОВАННЫХ ОБОЛОЧЕК

Рассматривается метод формообразования сверхпластической формовкой поперечно-гофрированных оболочек из труднодеформируемых сплавов. На основе МКЭ выполнено математическое моделирование исследуемого процесса.

Во многих отраслях авиастроения находят широкое применение поперечно-гофрированные оболочки типа сильфонов круглого сечения.

В технологии обработки металлов давлением наиболее известными методами, применяемыми в производстве оболочек подобного типа, являются штамповка резиной и жидкостью (гидроформовка). Применение этих методов объясняется благоприятными условиями приложения деформирующих сил к обрабатываемому материалу, которые, в связи с отсутствием резкой концентрации напряжений, обеспечивают получение оболочек высокого качества [1].

Однако, выше указанные методы малоэффективны, а в некоторых случаях их применение невозможно для изготовления оболочек из труднодеформируемых алюминиевых и титановых сплавов (ВТ3-1, АМг6, АМг3 и др.).

Сверхпластическая формовка (СПФ) позволяет получать детали из труднодеформируемых сплавов за одну - две технологические операции, при этом величина потребного давления на один - два порядка меньше, чем при гидроформовке, что позволяет существенно снизить энергозатраты при получении оболочек.

На рис. 1 показана схема получения сверхпластической формовкой поперечно-гофрированной оболочки из трубной заготовки.

Рис. 1. Схема процесса СПФ поперечно-гофрированной оболочки: 1 - формообразующая матрица; 2 - заготовка; 3 - крышка

Установленная в матрицу заготовка нагревается до температуры сверхпластичности ТСП и выдержи-

вается для выравнивания температуры по объему, после чего в полость заготовки по заданной программе управления происходит подача газовой среды (аргон, углекислый газ). Для устранения противодавления воздухом в кольцевых рифтах матрицы имеются отверстия малого диаметра.

На основе МКЭ проведено математическое моделирование процессов СПФ поперечно-гофрированных оболочек типа сильфон. Моделирование проводили для оболочек из сплава АМг6 с различной высотой гофры, при этом для каждого случая формировалась программа управления, обеспечивающая ведение процесса формообразования в скоростном режиме (£,и « 3 -10-3 с- [2]), при котором проявляется эффект сверхпластичности для выбранного сплава.

0,75

0.65

0,55

0,45

0,35

0,25

0,15

/ — 1 лС (Л \ \ 2

1 \ * ж^

_L.J_.I_ I. Г^*

Ш 1,60 1.40 1,20 1,00 О.КО 0.60 0,40 0,20 0,00

0,05

0,10

0,15 И/К-

0,20

0,25

Рис. 2. Графические зависимости: 1 - относительная толщина £тт/£0; 2 - степень деформации втах

На рис. 2 представлены результаты численных экспериментов, которые аппроксимированы полиномиальными функциями:

^ = 3,1356 — I - 4,2064 -

& IЯ

— 1 +1,044; Я

= 2°,4-1-я

+1,9724'

— I-0,0162, Я '

2

8

тах

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

где - минимальная толщина стенки полученной оболочки; 50- исходная толщина стенки трубной заготовки; етах- максимальная степень накопленной деформации; к - высота гофры; Я - радиус впадины гофры.

Результаты исследования позволяют сделать вывод, что при получении оболочек с относительной высотой гофры менее 0,15 выше указанная схема формообразования (рис. 1) будет давать разнотол-щинность менее 50 % (рис. 2). При технических условиях, не предъявляющих жесткие требования по разнотолщинности, предложенную схему сверхпластической формовки можно рекомендовать для по-

лучения поперечно-гофрированных оболочек с гофрами большей величины.

Библиографические ссылки

1. Исаченков Е. И. Штамповка резиной и жидкостью. М. : Машиностроение, 1967.

2. Панченко Е. В., Селедкин Е. М. Пневмофор-мовка листовых заготовок в режиме сверхпластичности. Решение технологических задач. Тула: Тул-ГУ, 2004.

© Алексеев П. А., Туркин К. А., Панченко Е. В., 2010

УДК 621.7.011

И. А. Беляева Научный руководитель - М. В. Хардин Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева, Самара

ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОГО НАГРУЖЕНИЯ В КОМБИНИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

Представлена и проанализирована комбинированная технология, включающая статическое и динамическое нагружение без остановки процесса деформирования. Проведено математическое моделирование данного процесса в среде МБС.ЫАБТЯАЫ/МБС.МАЯС на примере операции фальцовки. Показан график зависимости перемещения от времени для комбинированной технологии.

В последние годы интенсивно развиваются гибридные и комбинированные технологии, в которых на обрабатываемый объект одновременно или последовательно воздействуют статические и динамические нагрузки. В качестве источника динамических нагрузок предлагается использовать импульсное магнитное поле высокой напряженности и рассмотреть его при разработке технологий обработки металлов давлением.

Для предварительной оценки возможности осуществления комбинированной технологии промоделирован процесс с помощью программного комплекса МА8ТЯЛМ/МЛКС. При выполнении расчетов, технология процесса моделировалась через так называемый холодный рестарт. Поскольку при переходе от одного расчетного случаю к другому, менялись не только граничные условия (характер нагрузки), но и класс решения: от структурного анализа (статика) до анализа временного отклика (динамика) [1].

Анализ возможности комбинированной технологии рассматривался на примере операции фальцовки. Фальцовка применяется для соединения деталей с использованием загиба поверхностей. Широко используется в автомобилестроении для изготовления кузовных деталей: боковые двери, капот и дверь багажника [2].

После проведения поискового эксперимента предлагается технологический процесс, включающий в себя два перехода. В первом переходе (рис. 1), происходит подгибка борта заготовки (статическая

нагрузка), второй переход (рис. 2) - подается магнитный импульс для окончательной формовки детали (динамическое нагружение). Оправка может быть изготовлена из неметаллических материалов. Индуктор электромагнитного поля может быть как внешним, так и встроенным в оправку.

Рис. 1. Модель процесса фальцовки (1 переход)

Рис. 2. Модель процесса фальцовки (2 переход)

Для того чтобы получить объединенную картину поведения изделия необходимо построить единый график, для которого вводится масштабирование оси времени. Такой график показан на рис. 3. Шкала