автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.04, диссертация на тему:Исследование и разработка технологических процессовизготовления крупногабаритних высокоточных оболочек двойной кривизны летательных аппаратов

Харківський авіаційний інститут ім. М.Є.Жуковського

ЗАЙЦЕВ Віталій Єгорійович

УДК 621. 7. 044

ДОСЛІДЖЕННЯ ТА РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ ВИГОТОВЛЕННЯ ВЕЛИКОГАБАРИТНИХ ВИСОКОТОЧНИХ ОБОЛОНОК ПОДВІЙНОЇ КРИВИЗНИ ЛІТАЛЬНИХ АПАРАТІВ

Спеціальність 05.07.04 - Технологія виробництва

літальних апаратів

Автореферат диссертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Харків -1998

Дисертаційна робота е рукописом.

Робота виконана на кафедрі технології металів та авіаційного матеріалознавства Харківського авіаційного інституту ім. М.Є. Жуковського Міністерства освіти України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Сабелькін Володимир Петрович, Харківський авіаційний інститут, професор кафедри технології металів та авіаційного матеріалознавства.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, доцент Божко Валерій

Павлович, Харківський авіаційний інститут, доцент кафедри технології літакобудування; кандидат технічних наук, с.н.с. Денісюк Петро Миколайович, ДП ХМЗ “ФЕД”, нач. відділу.

Провідна установа: УкрНІАТ, Міністерство промислової політики

України, м. Київ.

Захист дисертації відбудеться "29" травня 1998 р. о 16 годині на засіданні спеціалізованої ради Д02.27.06 у Харківському авіаційному інституті ім.М.Є.Жуковського за адресою: 310070, м.Харків, вул.Чкалова, 17

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Харківського авіаційного інституту.

Автореферат розісланий “ 28 ” квітня 1998 р.

Вчений секретар спеціалізованої

ради, кандидат технічних наук, професор Корнілов ГЛ.

з

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ: Дослідження, розробка і освоєння у виробництві нових технологій в різних галузях машинобудування показали ефективність процесів вибухового штампування високоточних обо-лонкових деталей подвійної кривизни великих габаритів, виробництво яких традиційними методами обробки тиском в ряді випадків важке або потребує створення потужного дороговартісного обладнання.

Сьогодні у світі йде широкий розвиток літакобудування. При виробництві широкофюзеляжних літаків велику частину займають роботи по виготовленню великогабаритних оболонкових деталей та обтікачів. які потребують високої точності виготовлення, яка надає можливість знизити внутрішні напруги при зборці, знизити утомлювальне руйнування при експлуатації і знизити вартість робіт при зборці літака.

Широкий розвиток одержало створення штучних супутників Землі. При їх розробці велике значення приділяється зниженню маси комплектуючих. Тому установлені на цьому літальному апараті приймально-передавальні антени повинні володіти високими характеристиками (коефіцієнти посилення та використання поверхні, діаграма направленості по рівню -3 дБ та інше) при малих габаритах і невеликій масі. Це можна зробити лише підвищенням точності виготовлюваних дзеркал антен - відхилення порядку ± 0.5 мм від теоретичного контуру перетину, що традиційними методами забезпечити важко. Такі задачі зараз вирішуються на Україні прн створенні комунікаційних супутників (наприклад, проект НКАУ “Либідь” та інші).

При створенні технологічних процесів виготовлення великогабаритних високоточних оболонок подвійної кривизни гідровибуховим штампуванням треба якомога точніше розраховувати основні технологічні параметри (вага заряду і дистанція від заряду до заготовки). Величина

їх повинна бути оптімальною, для того щоб при формоутворенні точки заготовки з меншою швидкістю підходили до матриці. Це дозволить збільшити строк служби коштовного штамповочного оснащення.

Тому виникла необхідність розробки математичної моделі, яка дозволяє автоматизувати проектування оптимальних процесів імпульсного штампування. Це дозволить також, по-перше, для існуючих технологій підвищити їх коефіцієнт корисної дії, покращити технологічні параметри, що приведе до економії ресурсів та зниження витрат на виробництво. По-друте, на відміну від існуючих способів виготовлення подібних деталей, дотримувати задану точність виготовлення листових деталей подвійної кривизни, в тому числі рефлекторів, при суттєво зменшених матеріальних витратах на технологічне обладнання і значному зменшенню трудомісткості при виготовленні великогабаритних виробів.

Ось чому створення моделі визначення оптимальних технологічних параметрів процесу штампування, розробка алгоритму, проведення серії експериментів, підтверджуючих ефективність теоретичної моделі та відповідність виготовлених виробів кращим світовим зразкам, проектування і розробка нових технологічних процесів штампування оболонок великих габаритів високої точності, зокрема, антен супутникових систем, с актуальним завданням як для подальших наукових досліджень, так і для виробництва. Це, в свою чергу, визначає актуальність даної роботи.

МЕТА ТА ЗАВДАННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ: Метою роботи є розробка та впровадження в виробництво технології гідровибухового штампування високоточних листових деталей подвійної кривизни великих габаритів.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

- розробити схеми формоутворення великогабаритних високоточних оболонок подвійної кривизни;

- розробити алгоритм визначення динамічної поведінки листової заготовки та її напружено-деформованого стану;

- розробити алгоритм визначення оптимальних параметрів гідровибу-хового штампування листових деталей подвійної кривизни великих габаритів;

- провести експериментальні дослідження по визначенню оптимальних параметрів розроблюваних технологічних процесів;

- розробити рекомендації по вибору та проектуванню обладнання і оснащення, дозволяючих реалізувати технологію гідровибухового штампування оболонок подвійної кривизни великих габаритів високої точності:

- розглянути основні дефекти, які виникають при виробництві деталей, та технологічні заходи при виготовленні оболонок із зварних заготовок, а також розглянути засоби підвищення точності деталей;

- розробити типові технологічні процеси виготовлення іідровибухо-вим штампуванням оболонок подвійної кривизни великих габаритів високої точності та впровадити їх у виробництво.

МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ: Розглянута в дисертаційній роботі методика проектування оптимальних техпроцесів гідровибухового штампування листових деталей подвійної кривизни великих габаритів характеризується комплексним вирішенням поставлених завдань і орієнтована на широке застосування обчислювальної техніки.

Аналіз динамічної пружно-пластичної поведінки заготовок, які деформуються під дією імпульсного силового навантаження, виконано з використанням рівнянь механіки деформуємих суцільних середовищ, вирішення яких проводилось чисельними кінцево-різносними метода-

ми. Для визначення оптимальних енергетичних та геометричних параметрів процесу застосовувались методи пошуку, не потребуючі вирахування похідних при рішенні задач математичного програмування, зокрема, метод багатогранника, який деформується.

Експериментальні дослідження проводились на дослідному оснащенні на полігоні Харківського авіаційного інституту та на ділянці штампування вибухом Запорізького АТ "Мотор-Січ".

Рекомендації для виробництва основані на результатах чисельного моделювання, експериментальних дослідженнях, розробленої методики розрахунку параметрів, створених технологічних процесах.

НЛІКОВА НОВИЗНА: Науково обгрунтована можливість досягнення високих показників точності оболочкових монококових виробів без корегування поверхні матриці при імпульсному штампуванні за рахунок формоутворення бііучою хвилею пластичності, яка генерується в матеріалі вибухом спеціальних зарядів.

Розроблена комбінована схема формоутворення оболонок подвійної кривизни великих габаритів високої точності і оснащення для її реалізації.

Розроблена методика розрахунку динаміки формоутворення напівфабрикатів оболонок подвійної кривизни великих габаритів при попередній витяжці в спеціальному оснащенні - випучувателі - дозволила отримати системи рівнянь, які описують осесиметричне пластичне деформування тонкостінних оболонок.

Розроблена динамічна модель розрахунку поведінки заготовки при імпульсному навантаженні, що дозволила замінити реальний напівфабрикат кінцево-різносною параметричною моделлю, і порядок розрахунку оптимальних параметрів технологічного процесу імпульсного

штампування оболонок подвійної кривизни високої точності великих габаритів.

Розроблена методика проектування технологічного оснащення для попередньої витяжки напівфабрикату і запропоновані заходи щодо підвищення згинної жорсткості притиску, які запобігають розкриттю стику між плитою підстави та притиском.

ПРАКТИЧНА ЦІННІСТЬ: Використання комплексного методу проектування оптимальних гехпроцесів дозволяє виконувати технолоіічну підготовку виробництва без проведення дослідного опрацювання.

Збільшення точності виготовлених дзеркал антен для супутників досягнуто за рахунок схеми обтяжіння по пуансону, відсутності залежності від постачаємого прокату, відсутності залежності від утоніння заготовки.

Опрацювання технологічного процесу виготовлення оболонок подвійної кривизни із зварної листової заготовки дозволило розробити цілу низку технологічних рекомендацій, які істотно знизили (на 15...20 %) брак готових виробів.

Зменшилось гофроутворення на поверхні напівфабрикату і, як наслідок, скоротилась працемісткість доводочи робіт на оболонках подвійної кривизни типу рефлекторів антен діаметром 2.5 м; на деталях діаметром до 1.8 м при повному усуненні доводчих робіт точність робочого профілю була підвищена до рівня, при якому коефіцієнт використання робочої поверхні досягнув 70 %, що відповідає найвищим показникам відомих вітчизняних та закордонних аналогів: порівняльне випробування у Республіці Куба показало, що ефективність антени 1,8 метри порівняна з ефективністю сітчатої антени 3 метри фірми ЕСНОСТАН, США.

Розроблений технологічний процес гідровибухового штампування оболонок подвійної кривизни з попередньою витяжкою напівфабрикату дозволив в гюрівнені з традиційними методами виготовлення оболонок скоротити строки підготовки виробництва в 1,5...2 рази, знизити собівартість виробів за рахунок економії матеріалу в 1.15 рази, зменшити матеріаломісткість оснащення та енерхомісікості процесу на 35 підвищити точність на 0.2...0,3 мм, якість на 0,2 одиниці но узагальненому показнику якості ¡иія даною ви/ту продукції, ресурс виробів.

■Запропонований оптичний метод вимірювання точносії вінотовлспи.ч оболонок подвійної кривизни характеризується просиною, дешевизною та достатньо високою точністю отримуваних резулі.іапв. .'Запропонована методика дозволяє летко обробити результати контролю профілю готового виробу. Даний меіод вимірювання дозволяє контролювати якість та точність геометрії гідровибухового шіамиувального оснащення прямо по виготовленим на ньому деталям.

ПРАКТИЧНА РЕАЛІЗАЦІЯ РОБОТИ: Зі тдно і договором з Національним космічним агенством України при виконанні Програми по створенню єдиної супутникової системи передачі інформації України були виготовлені приймально-передавальні антени для українських штучних супутників Землі типу “Либідь”.

Результати роботи у вигляді технологічних процесів, обладнання для їх реалізації, алгоритмів для розрахунку оптимальних параметрів процесів реалізовані на Запорізькому АТ "Мотор-Січ" та на дослідному виробництві Харківського авіаційного інституту.

Результати експериментальних досліджень, а також розроблене обладнання використовуються в навчальному процесі кафедри технології металів та авіаційного матеріалознавства ХАІ в курсі "Імпульсні методи обробки".

НА ЗАХИСТ ВИНОСЯТЬСЯ:

1. Схема формоутворення великогабаритних високоточних оболонок подвійної кривизни монококових конструкцій різних видів.

2. Кінцево-різносна модель розрахунку динамічної поведінки листової заготовки. Фізична модель процесу деформування тонкостінної заготовки.

3. Алгоритм визначення оптимальних енергетичних та геометричних параметрів гідровибухового штампування високоточних оболонок подвійної кривизни великих габаритів.

4. Методика розрахунку елементів опорно-поворотних пристроїв для приймально-передавальних систем наземного обслуговування польотів та супутникових систем, дослідження земної поверхні.

5. Експериментальні дослідження по визначенню енергетичних і геометричних параметрів розроблені технології.

6. Рекомендації по вибору геометрії оболонок подвійної кривизни, пневмоштампувального оснащення та оснащення для гідровибухового штампування, по розробці та впровадженню технологічних процесів виготовлення великогабаритних оболонок подвійної кривизни високої точності з використанням гідровибухового штампування.

7. Рекомендації, які дозволяють усунути виникаючі при виготовленні деталей дефекти та збудувати стійку і стабільну технологію процес. Рекомендації та заходи по відпрацюванню технологічного процесу виготовлення оболонок подвійної кривизни високої точності із зварної листової заготовки.

8. Типовий технологічний процес гідровибухового штампування оболонок подвійної кривизни високої точності з попередньою витяжкою напівфабрикату.

ПУБЛІКАЦІЇ ТА АПРОБАЦІЯ РОБОТИ: Результати цього дослідження опубліковані в 7 наукових статтях, 2-х звітах з НДР.

Основні результати роботи доповідалися та обговорювались в Національному космічному агенстві України, “Держтехінформслужбі“ України, в Мінмашпромі, на експертній нараді Державного інноваційного фонду України, на міжнародних виставках у м.Гавана (Республіка Куба) і у м. Києві.

СТРУКТУРА ТА ОБСЯГ РОБОТИ: Реферована робота загальним обсягом 135 сторінок складається із вступу, 4 розділів іа загальних висновків, викладених на 124 сторінках машиношісного тексту.

Робота містить 5 таблиць, 75 малюнків, список літератури з 81 найменування.

ЗМІСТ РОБОТИ У вступі формулюється актуальність вибраного напрямку досліджень, підкреслюється наукова новизна проблеми, відзначається економічна необхідність проведення робіт, розглядається перспективність подальших досліджень.

В першій гпаві дається аналіз існуючих способів виготовлення листових деталей подвійної кривизни великих габаритів. Описані традиційні технології виготовлення подібних деталей в авіабудуванні, а також засоби їх імпульсного формоутворення. Доводиться необхідність та економічна обумовленість виготовлення класу деталей, які розглядаються, гідровибуховим штампуванням.

Розглядається класифікація та специфічні особливості виготовлення та експлуатації оболонок подвійної кривизни типу антенних конструкцій, які встановлюються на супутникових системах. Відмічено, що дзеркальні антени виявляються найбільш поширеними гостронаправленими

антенами при створенні штучних супутників Землі, в системах управління на літальних апаратах, в радіолокації, в космічному зв'язку та радіоастрономії. Класичними є параболічні антени, які поділяються на довгофокусні, середньофокусні та короткофокусні антени. З технологічної точки зору антени являють собою параболічні оболонки з відносною товщиною оброблюваної заготовки в межах 0.0009...0.001. що вказує на те, що здійснюється штампування здійснюється особливо тонкостінних конструкцій.

Відмічено, що однним із важливих завдань при проектуванні технології виготовлення деталі є завдання визначення параметрів процесу. Обгрунтована необхідність застосування чисельного моделювання на ЗОМ для проектування технологічного процесу, що надає можливість розробити методи визначення оптимального погрібного навантаження для забезпечення максимальної відповідності форми напівфабрикату конфігурації готового виробу, дозволяє добитись мінімальної швидкості підходу заготовки до поверхні матриці, що суттєво підвищує її стійкість.

Таким чином, для вибору основних параметрів вибухового формоутворення оболонок типу рефлекторів антен з обліком можливих змі-нень конфігурації в переферійній зоні, утворення жорсткостей, отримання збірних сегментів потрібно знайти підходи для створення інженерної методики розрахунку цих параметрів на базі чисельного моделювання як зовнішніх навантажень, так і змін напружено-деформованого стану заготовки в процесі її формоутворення на ЗОМ.

Друга глава присвячена визначенню основних технологічних параметрів високошвидкісного деформування листових деталей великих габаритів.

Запропонована комбінована схема формоутворення дозволяє виготовляти листові оболонки подвійної кривизни великих габаритів ви-

еокої точності. При цьому найкращою для довгофокусних і офсетних антен е схема прямого штампування деталей, а для середньофокусннх і короткофокусних - схема штампування з попередньою витяжкою напівфабрикату. В цьому випадку значно знижується матеріаломісткість оснащення, зменшується необхідна кількість вибухової речовини для формоутворення готового виробу, зменшується утоніння заготовки при штампуванні, зменшується відхід матеріалу.

Проведено аналіз динаміки осесиметричного формоутворення напівфабрикату оболонок подвійної кривизни при пневмоштампуванні. Були отримані системи диференційних рівнянь характеристик та характерні співвідношення, які описують задачу про осєсиметричне формоутворення тонкостінних жорсткопластичних металів, які зміцнюються металів. Також показано, що вид формули, яка визначає швидкість поперечної хвилі, не залежить від виду використованої теорії пластичності.

При розрахунках динамічної поведінки деформованої заготовки був використаний метод кінцевих різностей.

Рішення задачі динамічної поведінки осесиметричної оболонки при осесиметричному імпульсному силовому діянні викликало введення деяких допущень.

Для рішення поставленого завдання динамічної поведінки заготовки використовувався метод прямої прогонки.

Побудова фізичної моделі процесу деформування тонкостінної заготовки стало цуже важливим питанням, яке дозволяє в кінцевому підсумку розглянути фізичні співвідношення між напруженнями та деформаціями. Розгляд цього питання проводився при деяких гіпотезах і припущеннях.

Таким чином, завдання полягало у визначенні компонентів тензора напруги у вільний момент часу деформування за відомими компонен-

тами тензора деформацій та відомих характеристиках матеріалу заготовки.

При вирішенні нашого завдання був припустимий підхід, при якому реалізується площинний напружений стан, оскільки штамповані заготовки тонкі. Таке припущення значно спростило рівняння та геометричні співвідношення.

Основним питанням, яке розглядається в заданнях вибухового штампування, в загальній постановці є питання про погребне силове навантаження, що прикладається до заготовки. При такому діянні форма на-півфабриката повинна з заданою точністю відповідати формі готового виробу. У нашому випадку при штампуванні деталей в оснащенні повинно забезпечуватись максимальне доторкання всіх точок напівфабрикату до поверхні матриці. Крім того, бажано, щоб швидкості, з якими точки заготовки підходять до поверхні матриці, були мінімальними.

Для огітимізаційного пошуку був використаний метод багатогранника, який деформується.

Були розглянуті особливості проектування технологічного оснащення для попередньої витяжки напівфабрикату. Це пов’язано з тим, що внаслідок вільного деформування заготовки попередня витяжка напівфабрикату - одна з найбільш відповідальних операцій. Через малу згин-ну жорсткість основних елементів технологічного оснащення при виготовленні деталей великих габаритів можливе гофроутворення, що вкрай небажано.

Була розроблена інженерна методика розрахунку притиску та плити підстави технологічного оснащення для попередньої витяжки напівфабрикату. Основна умова при розрахунку товщин основних елементів оснащення - сумарний згин останніх при виготовленні напівфабрикату не повинен перевищувати критичної величини, при якій відбувається "розкриття" притиску.

Вирішення завдання базувалось на теорії вигину товстих пластин. В результаті рішення задачі знаходився вираз для функції прогину.

Так як при виготовленні деталей великих габаритів звичайне притискаюче коло може не відповідати вимогам вигинної жорсткості, що неминуче відбивається на якості отримуваних попередньою витяжкою напівфабрикатів (утворення гофрів на поверхні напівфабрикату ), то були розглянуті шляхи підвищення вигинної жорсткості притиску, зокрема, оребріння. Приблизний метод розрахунку ребристих кільцевих пластин грунтується на тому, що при великій кількості ребер (більше восьми) можна пружні характеристики ребристої пластини усереднити та роз-глянуги її як псевдо ортотропну пластину, яка мас різну жорсткість в радіальному та окружному напрямках.

Сформульовані вимоги до розрахунку опорно-гюворотних пристроїв приймально-передавальних систем, які грунтуються на особливостях експлуатації антенних комплексів в системах наземного обслуговування польотів, які дозволили спроектувати найбільш раціональні конструкціі останніх.

Туетя глава присвячена експериментальним дослідженням, окреслені основні завдання експериментальної частини роботи та проблеми контролю, які виникають в процесі виробництва оболонок подвійної кривизни.

Були визначені параметри зовнішнього навантаження на етапі витяжки напівфабрикату. Для визначення величини тиску робочого середовища була використана безмоментна теорія розрахунку тонкостінних оболонок, а також рівняння Лапласа. Як показали експерименти, різниця між теоретичною величиною тиску та величиною тиску, визначеною експериментально, склала не більше 5%. Це також дозволяє на практиці розраховувати зусилля притиску фланця листової заготовки традиційними способами.

Одними з основних технологічних параметрів процесу формоутворення листової заготовки при прямій схемі гідровибухового штампування або напівфабрикату при гідровибуховому штампуванні з попередньою витяжкою є величини заряду БВР і висоти його розташування над заготовкою. При цьому необхідно визначити оптимальні величини основних технологічних параметрів, які б забезпечили максимальне до-торкнення всіх точок листової заготовки або напівфабрикату до поверхні матриці, дотримуючись жорстких вимог до точності геометричних розмірів дзеркал сугіутникових антен. Крім того, швидкості, з якими крапки заготовки наближаються до поверхні матриці, повинні бути мінімально можливими, що необхідно для збільшення строку служби дороговартісного штампового оснащення.

На основі приведеної в другій главі методики був проведений розрахунок оптимальних величин енергетичних та геометричних параметрів імпульсного штампування оболонок та була розроблена програма для ЗОМ. Метою роботи було знаходження оптимальних величин енергетичних та геометричних параметрів системи “заряд - заготовка", таких як вага заряду та дистанція заряду до заготовки, які забезпечать заданий характер деформування заготовки та відповідність кінцевих геометричних форм деталі необхідних за технічними умовами.

Для перевірки розглядався процес прямого штампування БВР оболонок подвійної кривизни типу дзеркала антени діаметром 1,5 м та складений технологічний процес виготовлення. Відповідні розрахунки були проведені для дзеркал антен діаметром 1.2, 1.8 і 2.5 м.

Як показало експериментальне опрацювання технологічного процесу гідровибухового штампування оболонок подвійної кривизни на дослідному оснащенні, відмінність розрахункових значень ваги заряду від експериментальних склала до 20%. Це пояснюється великою масою

припущень, які покладені в основу розрахунків. Розрахункові значення дистанції заряду до заготовки збіглися з експериментальними.

В умовах відсутності на Україні виробництва листового алюмінію актуальним с питання заміни матеріалу для виготовлення оболонок типу дзеркал параболічних антен приймально-передавальних систем. В цьому зв'язку були проведені експерименти по гідровибуховому штампуванню оболонок типу дзеркал антен з чорного металу. Величина необхідних зарядів БВР при штампуванні дзеркала антени з стального листа вище на 25...ЗО %, чим при штампуванні з листа АМцМ. В зв'язку з більшою міцністю штампунованого металу і а більшою величиною необхідного заряду зменшується "стійкість” та довговічність оснащення для гідровибухового штампування. Це необхідно враховувати при розрахунку потрібної кількості штамповочного оснащення для серійного технологічного процесу. Крім того, були проведені експерименти із зварною листовою заготовкою.

Був розглянутий характер деформованого стану заготовки по першому та другому технологічних переходах виготовлення деталі. Експериментальні дослідження були проведені на оболонках діаметром 2.5 м. Вибір даного діаметра обумовлений перш за все тим, що для оболонок меншого розміру немае істотних проблем із затискуванням фланця листової заготовки (розміри стандартних листів, які постачаються заводом, забезпечують потрібний розрахунком діаметр заготовки).

Проведені серії експериментів з натурним оснащенням дозволили виробити низку рекомендацій, суттєво впливаючих на хід технологічного процесу виготовлення великогабаритних високоточних оболонок подвійної кривизни типу антенних конструкцій супутникових систем.

Запропонований оптичний метод вимірювання точності виготовлених оболонок подвійної кривизни характеризується порівняльною простотою, дешевизною та достатньо високою точністю отримуваних ре-

зультатів. Запропонована методика дозволяє легко обробити результати контролю профілю готового виробу. Даний метод вимірювання дозволяє контролювати якість та точність геометрії гідровибухового штампувального оснащення прямо по виготовлених на ньому оснашен-ні деталях.

Б чеіпвґріпіи гпіш надані загальні рекомендації по розробці іа впровадженню технологічнії.'. процесів віноговлення великогабаритних оболонок подвійної криви ній з використанням гідровибухоної о ІІП.ІМ-пування, зокрема, по опрацюванню геометричної форми деталі іа вибору форми заготовки, вибору схеми процесу формоугвореиня іа розрахунку оснащення, устаткування і приладів, розрахунку технологічних парамеїрів іа проведенню дослідних робіт по опрацюванню техноло-пчного процесу.

Був розроблений ціповий технологічний процес, який враховує специфіку обох схем виготовлення оболонок подвійної кривизни (з попереднім формоутворенням напівфабрикату ча пряме штампування) і який дозволив виготовити партію антен різних діаметрів.

ГІроведеннй аналіз дефектів, виникаючих в процесі виготовлення оболонок подвійної кривизни, дозволив розробити низку рекомендацій для усунення подібних дефектів при серійному виготовленні виробів. Відпрацювання технологічного процесу виготовлення оболонок подвійної кривизни із зварної листової заготовки дозволило розробити цілий ряд технологічних прийомів, які суттєво (на 15...20 %) знизили брак готових виробів.

Порівняння розробленої технології з традиційними та порівняння зразків отриманих антен із закордонними аналогами показало, що новий технологічний процес гідровибухового штампування дзеркал антен з попередньою витяжкою напівфабрикату дозволив скоротити строки підготовки виробництва в 1,5...2 рази, знизити собівартість виробу за

рахунок економії матеріалу в 1,15 рази, зменшення матеріаломісткості оснащення та енергомісткості процесу на 35 %, підвищити точ-ність на

0,2....0,3 мм, якість на 0,2 одиниці за узагальненим показником якості для даного виду продукції, ресурс виробів.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Розроблена принципово нова технологія виготовлення листових деталей подвійної кривизни великих габаритів монококової конструкції, що дозволяє отримати високоточні оболонки, які не втрачають своєї жорсткості без підкріплюючих елементів, для виготовлення яких не можна застосувати традиційні способи.

При виготовленні високоточних антен для штучних супутників визначною € внутрішня поверхня; при запропонованій схемі формоутворення утоніння матеріалу при гідровибуховій калібровці оболонки по пуансону можна не враховувати.

2. Кінцево-різнісна модель розрахунку динамічної поведінки листової заготовки надас можливість врахувати змінні умови зовнішнього силового впливу. Фізична модель процесу деформування тонкостінної заготовки допомагає розглянути фізичні співвідношення між напругами та деформаціями і скласти блок-схему розрахунку напружно-деформо-ваного стану заготовки, що в подальшому надає можливість перейти до визначення оптимальних параметрів технологічного процесу імпульсного штампування оболонок подвійної кривизни.

3. Розроблений на основі методу багатогранника, що деформується, алгоритм визначення оптимальних енергетичних та геометричних параметрів гідровибухового штампування листових деталей подвійної кривизни великих габаритів не накладає ніяких принципових обмежень ні на вибір початкових точок, що зручно для вибухового штампу-

вання, ні на вибір системи координат, ні на рел’єф оптимізованого функціоналу.

4. Експериментальні дослідження енергетичних і геометричних параметрів розробленого технологічного процесу дозволили встановити, що різниця між даними, отриманими розрахунком, і експериментальними даними становить до 5% для першого технологічного переходу та до 20 % для переходу гідровибухового штампування. Таким чином, експериментальні дані підтверджують прийняті допущення та правильність обраної розрахункової моделі.

5. Наведені рекомендації щодо вибору геометрії оболонок, пневмо-штампувального оснащення і оснащення для гідровибухового штампування, по розробці і впровадженню технологічних процесів виготовлення великогабаритних оболонок подвійної кривизни з використанням гідровибухового штампування дозволяють спроектувати і виготовити дослідно-промислове оснащення для низки типорозмірів.

6. Запропоновані рекомендації дозволили усунути виникаючі при виготовленні деталей дефекти та побудувати стійку і стабільну технологію. Розроблені технологічні рекомендації та прийоми дозволили відпрацювати технологічний процес виготовлення оболонок подвійної кривизни із зварної листової заготовки та суттєво знизили (на 15...20 %) брак серед готових виробів. Класифікація основних дефектів, виникаючих при виготовленні оболонок подвійної кривизни, дозволяє розробити заходи щодо їх попередження.

7. Розроблений типовий технологічний процес гідровибухового штампування оболонок з попередньою витяжкою напівфабрикату в порівнянні з традиційними технологіями формоутворення дозволяє скоротити строки підготовки виробництва в 1,5—2 рази, знизити собівартість виробу в 1,4...1,6 рази, підвищити точність на 0,2...0,3 мм, якість на 0,2

одиниці за узагальненим показником якості для даного виду продукції, і ресурс виробів в 1,5 рази.

Результати обміру оболонок подвійної кривизни типу дзеркал параболічних антен великих габаритів (діаметром 1.8 та 2.5 метра) показали високу точність геометрії профілю (відхилення від теоретичного не більше ± 0.5 мм в центральній (купольній) частині рефлектора і не більше ±

1.0 мм з краю) і високу якість внутрішньої поверхні (шерохуватість не більше 10 мкм). З виготовленою партією антен різних діаметрів проведені іспити приймальних комплексів на супутникових системах в різних умовах експлуатації і показана відмінна якість у порівнянні з виробами, зроблених традиційними методами.

Згідно з договором з Національним космічним агенством України були виготовлені приймально-передавальні антени для українського су-путникового проекту “Либідь”. Технологія виготовлення оболонок подвійної кривизни гідровибуховим штампуванням впроваджена на Запорізькому AT "Мотор-Січ", в дослідному виробництві Харківського авіаційного інституту, результати досліджень використовуються в курсі "Імпульсні методи обробки" в навчальному процесі ХАІ.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНИЙ В РОБОТАХ:

1. Сабелькин В.П., Зайцев В.Е. Технология изготовления гидровзрывной штамповкой крупногабаритных листовых деталей двойной кривизны//Кузнечно-штамповочное производство.-1994.-№ 9.-С. 15- 16.

2. Сабелькин В.П., Кривцов B.C., Зайцев В.Е., Беланов А.В. Методика расчета оснастки для штамповки деталей двойной кривизны// Авиационно-космическая техника и технология. - Харьков: ХАИ.- 1995,- С. 150-155.

3. Борисевич В.К., Сабелькин В.П.. Матюшенко И.Ю., Зайцев В.Е. Определение глубины альфированного слоя и исследование микроструктуры изготовленных термоимпульсным воздействием деталей из титановых сплавов ВТ 5-1 и ВТ 20// Авиационно-космическая техника и технология.- Харьков: ХАИ.- 1995.- с. 155 - 159.

4. Борисевич В.К., Матюшенко И.Ю., Шкалова A.B., Зайцев В.Е. Расчет основных технологических параметров импульсной штамповки крупногабаритных высокоточных листовых деталей двойной кривизны// Кузнечно-штамповочное производство,- I996.-№ 4.- С. 5 - 9.

5. Борисевич В.К.. Матюшенко И.Ю., Андриенко А.М., Шкалова A.B., Зайцев В.Е. Расчет параметров тепловой нагрузки при дифференцированном нагреве тонколистовых оболочек в процесах гидроимпульсной штамповки/7 Кузнечно-штамповочное производство,-1997.-.Na 6.-С. 2 -б.

6. Сабелькин B.IL, Кривцов B.C., Зайцев В.Е. и др. Проведение научноисследовательских работ по разработке технологии изготовления оболочек двойной кривизны// Авиационно-космическая техника и технология. -Харьков: ХАИ. -1997.- С. 68 - 72.

7. Сабелькин В.П.. Кривцов B.C., Зайцев В.Е. и др. Проектирование элементов оснастки для изготовления высокоточных рефлекторов// Авиационно-космическая техника и технология.- Харьков: ХАИ.-1998.-С. 188 - 197.

АНОТАЦІЯ:

Зайцев В.Є. Дослідження і розробка технологічних процесів виготовлення великогабаритних високоточних оболонок подвійної кривизни літальних апаратів: Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук. Спеціальність 05.07.04 “Технологія виробництва літальних апаратів”. - Харків: ХАІ, 1998 р. - 135 с.

Запропонована нова схема формоутворення великогабаритних високоточних оболонок подвійної кривизни. Розроблено алгоритм визначення оптимальних параметрів гідровибухового штампування листових деталей подвійної кривизни великих габаритів, проведені експериментальні дослідження по визначенню оптимальних параметрів розроблюваних технологічних процесів, надані рекомендації по вибору та проектуванню обладнання і оснащення, розглянуті основні дефекти, які виникають при виробництві деталей, та технологічні заходи при виготовленні оболонок подвійної кривизни із зварних заготовок; способи підвищення точності деталей. Створені типові технологічні процеси виготовлення гідровнбуховим штампуванням оболонок подвійної кривизни великих габаритів високої точності.

Ключові слова: великогабаритні високоточні оболонки подвійної кривизни; гідровибухове штампування листових деталей подвійної кривизни; обладнання і оснащення; технологічні процеси виготовлення. АННОТАЦИЯ:

Зайцев В.Е. Исследование и разработка технологических процессов изготовления крупногабаритних высокоточных оболочек двойной кривизны летательных аппаратов: Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук. Специальность 05.07.04 “Технология производства летательных аппаратов”. - Харьков: ХАИ, 1998 г.-135 с.

Предложена новая схема формообразования крупногабаритных высокоточных оболочек двойной кривизны. Разработан алгоритм определения оптимальных параметров гидровзрывной штамповки листовых детален двойной кривизны больших габаритов, проведены экспериментальные исследования по определению оптимальных параметров разрабатываемых технологических процессов, даны рекомендации по выбору и проектированию оборудования и оснастки, рассмотрены

основные дефекты, которые возникают при производстве деталей, и технологические мероприятия при изготовлении оболочек двойной кривизны из сварных заготовок; способы повышения точности деталей. Созданы типовые технологические процессы изготовления гидровзрывной штамповкой оболочек двойной кривизны больших габаритов высокой точности.

Ключевые снова: крупногабаритные высокоточные оболочки двойной кривизны; гидровзрывная штамповка листовых деталей двойной кривизны; оборудование и оснастка; технологические процессы изготовления.

ABSTRACT:

Zaitsev V.E. Research and development of technological processes of manufacturing of large dimensional precision double curvature living apparatus shells. The thesis is manuscript for an academic degree of a candidate of technical sciences on the speciality 05.07.04 - Aerospace Vehicles Engineering, Kharkov Aviation Institute, Kharkov. 1998.

Forming scheme of double curvature large dimensional precision shells are developed. Algorithm of definition of optimum parameters of hydroexplosive forming of sheet details of double curvature large dimensions, results of experimental researches on definition of optimum parameters of developed technological processes, recommendations for choice and designing of the equipment and toolings, main defects are submitted, which there are by manufacture of details, and measure on their elimination, the ways of increase of details accuracy. Typical technological processes for manufacturing of double curvature large dimensions sheet details by hydroexplosive forming are developed.

Key words: large-sized precision double curvature designs shells; hydroexplosive forming of double curvature sheet details; the equipment and tooling; manufacturing technological processes.

Відповідальний за випуск к.т.н., с.н.с. Андріенко О.М. Підписано до друку 23.04.98 г.

Ум. печ. лист 1. Заказ 15. Тираж 80 екз. Безкоштовно.

Надруковано ТОВ “Талант”, м. Харків, вул. Сумська, 13