автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение эффективности технологического сочетания гибки-прокатки и дробеударного формообразования длинномерных обводообразующих деталей

На правах рукописи

Малащенко Александр Юрьевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО СОЧЕТАНИЯ ГИБКИ-ПРОКАТКИ И ДРОБЕУДАРНОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ДЛИННОМЕРНЫХ ОБВОДООБРАЗУЮЩИХ ДЕТАЛЕЙ

Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

005552519

1 8 СЕН 2014

Иркутск - 2014

005552519

Работа выполнена на кафедре оборудования и автоматизации машиностроения НИУ «Иркутский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Пашков А.Е.

Официальные оппоненты:

Максименков Владимир Иванович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО ВГТУ, г. Воронеж, кафедра самолетостроения, профессор

Смирнов Виталий Алексеевич, доктор технических наук, профессор, ЧОУ ВПО «Институт экономики, управления и права», г. Казань, кафедра промышленного менеджмента, профессор

Ведущая организация: ОАО «Иркутский научно-

исследовательский институт авиационной технологии и организации производства»

Защита состоится 29 октября 2014 г. в 12 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.073.02 Иркутского государственного технического университета по адресу: 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского государственного технического университета.

Автореферат разослан 12 сентября 2014 г.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью организации) просьба высылать по адресу: 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, ИрГТУ; ученому секретарю диссертационного совета Д 212.073.02 СаловуВ.М.

e-mail: salov@istu.edu,

тел./факс: (3952) 40-51-17

Ученый секретарь диссертационного совета, 0

профессор В.М. Салов

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Формообразование длинномерных листовых и подкрепленных обводо-образующих деталей, форма которых характеризуется переменной двойной кривизной с закручиванием, является одной из ключевых технологий в авиа-и судостроении. Задача обеспечения точности формы данных деталей в условиях серийного автоматизированного производства в отечественной практике не имеет полного решения.

Перспективным направлением в технологии формообразования обшивок и панелей является развитие комбинированных методов, предусматривающих раздельное получение компонент кривизны поверхности детали. В условиях опытного производства прошел апробацию способ формообразования длинномерных обшивок, сочетающий операции упругопластической гибки в продольном направлении и дробеударной обработки наружной поверхности детали. В основе известных методик расчета параметров данного сочетания лежат допущения о равножескости и изотропии свойств заготовок. Теоретические основы упругопластической гибки, разработанные М.И. Лы-совым, позволяют определить технологические параметры процесса для деталей прямоугольной формы сечения и простых профилей. Для деталей типа обшивок с переменной толщиной и местными облегчениями применение известных методик не обеспечивает требуемой точности расчета, что приводит к необходимости дорогостоящей отработки процесса формообразования на натурных образцах.

Для реализации процесса дробеударного формообразования (ДУФ) разработаны специальные установки контактного типа, при эксплуатации которых достигнуты высокие технико-экономические показатели. Эффективным способом реализации упругопластической гибки в рассматриваемом технологическом сочетании является гибка-прокатка. Известны копировальные листогибочные станки типа КГЛ и ГЛС, предназначенные для образования поперечной кривизны деталей. Для использования в процессе комбинированного формообразования, где гибка длинномерных деталей осуществляется в продольном направлении с изменением параметров настройки и углового положения валков относительно детали, необходима разработка специализированного оборудования.

Нерешенными задачами при расчете технологических параметров гиб-ки-прокатки листовых деталей в продольном направлении являются определение углового положения валков листогибочной машины для получения требуемого угла закручивания поперечных сечений детали, обеспечение точности формы детали в начальной стадии процесса и предотвращение местной потери устойчивости полотна в районе местных облегчений.

Потребность в решении перечисленных задач обусловлена запросами производства, что определяет актуальность представленной работы.

Цель работы: Установление закономерностей формирования деформированного состояния длинномерных деталей типа обшивок и монолитно-фрезерованных продольно оребренных панелей в технологической последовательности «гибка-прокатка - дробеударное формообразование» и разработка на этой основе предложений по улучшению качества получаемых изделий, уменьшению трудоёмкости, повышению уровня автоматизации.

Достижение этой цели возможно после решения следующих задач:

1. Разработка методики расчета компенсирующей продольной кривизны, требуемой для получения теоретического контура при формообразовании деталей типа обшивок и продольно оребренных панелей в последовательности «гибка-прокатка - ДУФ», на основе ЗО-моделей деталей.

2. Разработка производственной методики определения величины хода нажимного валка для гибки-прокатки на трехвалковых листогибочных машинах деталей типа обшивок и панелей, обеспечивающей требуемую точность формы деталей.

3. Создание методики определения закона перемещения нажимного валка трехвалковой листогибочной машины, обеспечивающего получение равномерного остаточного радиуса кривизны в начальной стадии гибки-прокатки при переходе с симметричной схемы нагружения на ассиметрич-ную.

4. Оценка вероятности возникновения дефектов формы деталей типа обшивок в виде потери устойчивости местных облегчений полотна при характерных для компенсирующей гибки-прокатки радиусах кривизны.

5. Разработка математической модели для расчета остаточного угла закручивания поперечных сечений детали как функции настроечных параметров гибки-прокатки.

6. Проведение комплексного экспериментального исследования технологического процесса обработки обшивок и панелей, включающего операции гибки-прокатки и дробеударного формообразования, в целях оценки разработанных теоретических положений и подтверждения допустимости применения операции гибки-прокатки для придания продольной кривизны с круткой поперечных сечений деталям типа обшивок и продольно оребренных панелей.

7. Создание специализированного оборудования для гибки-прокатки деталей переменной кривизны с круткой поперечных сечений.

8. Разработка технологических рекомендаций по формообразованию длинномерных обшивок и панелей в последовательности «гибка-прокатка -ДУФ» на оборудовании с ЧПУ.

Научная новизна:

1. Установлены основные закономерности формирования деформированного состояния длинномерных листовых и подкрепленных деталей, формообразование которых осуществляется путем последовательной реализации технологических операций гибки-прокатки и дробеударного формообразования.

2. На основе моделирования методом нелинейного конечно-элементного анализа процесса дробеударной обработки деталей типа обшивок определена остаточная продольная кривизна, необходимая для формирования требуемого контура детали, образуемой гибкой-прокаткой с последующим дробеударным формообразованием.

3. Моделированием методом нелинейного конечно-элементного анализа изучено деформированное состояние деталей типа обшивок при гибке-прокатке в продольном направлении. При этом установлены предельные значения остаточной кривизны деталей для исключения потери устойчивости в районе местных облегчений и управляемые изменения рабочего перемещения нажимного валка для повышения точности контура начального участка детали.

4. Сформирован математический аппарат, обеспечивающий возможность определения режимных параметров процесса гибки-прокатки, что позволило повысить точность достижения требуемой продольной кривизны и остаточного угла закручивания поперечных сечений деталей с учетом их конструктивных особенностей и анизотропии механических свойств.

5. Разработана и реализована методика комплексного экспериментального исследования технологического процесса формообразования деталей типа обшивок и монолитно-фрезерованных панелей, включающего операции гибки-прокатки и дробеударного формообразования.

6. Для реализации образования продольной кривизны и угла закручивания поперечных сечений обшивок и панелей создано оригинальное конструктивное решение листогибочной машины с программным управлением.

Практическая значимость. На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны методики расчета технологических параметров формообразования длинномерных обводообразующих деталей в последовательности «гибка-прокатка - дробеударное формообразование», обеспечивающие повышение точности получаемых изделий и снижение затрат на их изготовление.

Разработаны технологические рекомендации по реализации процесса формообразования длинномерных обшивок и продольно оребренных панелей комбинированным методом гибки-прокатки и обработки дробью на оборудовании с ЧПУ.

Разработана специализированная трехвалковая листогибочная машина И2222БМ, отвечающая специфическим технологическим требованиям, предъявляемым к оборудованию для гибки-прокатки длинномерных деталей переменной кривизны с круткой поперечных сечений.

Реализация работы. Разработанная технология формообразования длинномерных обшивок и продольно оребренных панелей летательных аппаратов в последовательности «гибка-прокатка - дробеударное формообразование» внедрена в производство на Иркутском авиационном заводе - филиале ОАО «Научно - производственная корпорация «Иркут».

Изготовлена и апробирована в производстве трехвалковая листогибочная машина И2222БМ для гибки-прокатки длинномерных обводообразую-щих деталей с круткой поперечных сечений.

Достоверность результатов подтверждена воспроизводимостью экспериментальных и производственных испытаний. Обоснованность выводов подтверждается опытом практической реализации результатов исследования в производстве.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной научной конференции «XX Туполевские чтения» в 2012 г. (КНИТУ им. Туполева, г. Казань, диплом за высокий уровень представленного доклада), на XII Международной научной конференции «Актуальные вопросы современной техники и технологии» в 2013 г. (г. Липецк), на научно-технических конференциях кафедры «Оборудования и автоматизации машиностроения» ИрГТУ в 20122014 гг. (ИрГТУ, г. Иркутск), на 3-й молодежной научно-практической конференции «Молодежь. Проекты. Идеи.» в 2013г (ИАЗ - филиал ОАО «Корпорация Иркут», г. Иркутск, диплом в секции «Производство»).

Публикации. Результаты работы отражены в 8 публикациях. В журналах рекомендуемого ВАК РФ перечня опубликовано 3 статьи, общим объемом 2 п.л. Получен патент РФ на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка, включающего 90 наименований, и приложения, в котором представлен акт внедрения технологии и протокол приемочных испытаний. Работа изложена на 160 страницах, содержит 84 рисунка и 20 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана краткая характеристика состояния проблемы, обоснована актуальность выполненной работы, определена цель и поставлены задачи исследования, сформулированы научная новизна и практическая значимость диссертации.

В первой главе приведены конструктивные особенности рассматриваемых деталей, и проведен анализ их геометрической формы. Рассмотрены существующие способы формообразования панелей и обшивок с описанием применяемого оборудования. Проанализированы основные положения теории упругопластической гибки и дробеударного формообразования, и приведены известные методики расчета технологических параметров указанных процессов.

Природа упругих и пластических деформаций металла рассмотрена в работах Безухова Н.И., Качанова Л.М., Тимошенко С.П., Томленова А.Д. Прикладные методики расчета параметров упругого и упругопластического изгиба обводообразующих деталей освещены в работах Лысова М.И., Заки-рова И.М., Мошнина Е.И., Дрозда М.С. и др.

Обработке дробью, как процессу поверхностного пластического деформирования, посвящены исследования Смирнова В.А., Журавлева Д.А., Коопа Р., Шевнюка В.Ю.. Комбинированный метод формообразования в сочетании «гибка — ДУФ» для деталей типа обшивок и «раскатка роликами -ДУФ» для ребристых панелей рассмотрен в работах Пашкова А.Е., Макарова В.И., Скосоренко К.Н., Викуловой C.B. и др.

Методы математического моделирования процессов обработки металлов давлением (ОМД) описаны в работах Белова М.И., Рыбина Ю.И., Бауг-мана Д.Л. (Baughman D.L.), Ротерса Ф. (Roters F.). Современные подходы к конечно-элементному моделированию процессов ОМД рассмотрены Полу-хиным В.П., Кучеряевым Б.В., Плюшкиным М.В. и др.

По результатам анализа ранее проведенных исследований были выявлены недостатки существующих методик расчета технологических параметров комбинированного формообразования длинномерных обводообразую-щих деталей, выявлены ранее не рассмотренные проблемные вопросы и определены современные способы их решения. Сделаны выводы о необходимости оценки допустимости применения гибки-прокатки для формирования продольной кривизны длинномерных обшивок и продольно оребренных панелей, разработки методики расчета технологических параметров формообразования в последовательности «гибка-прокатка - ДУФ» и создания специализированного оборудования для гибки-прокатки деталей данного типа.

Во второй главе приведена разработанная методика расчета технологических параметров гибки-прокатки в продольном направлении, выполняемой с целью компенсации продольной кривизны возникающей при ДУФ, которая учитывает специфические свойства деталей комплексных форм сечения. В основе данной методики лежит определение методом нелинейного конечно-элементного анализа поправочных коэффициентов кг, учитывающих отличие действительной геометрической формы сечения от прямоугольной, ассиметричность схемы нагружения и разброс механических свойств материала (рис. 1).

LS-OYNAKEYWORODSCi^^KfRE iao*KA KeVWORD ОЕСКАШ-f RE

Eï :

^^^ W

- уЗдрг - -

Рис. 1. НДС участка обшивки с остаточным радиусом кривизны 5100 мм после упругого восстановления: а) напряжения по Мизесу, МПа; б) относительные пластические

деформации

Дальнейший расчет параметра настройки Н0 ведется с учетом поправки по симметричной схеме нагружения, позволяющей снизить трудоемкость по сравнению с ассиметричной схемой (рис.2).

Из приведенной на рис. 2 схемы следует:

н0=н-гн+(оо+он)/2,

где Н — толщина деформируемого участка детали; Б , Эн — диаметры опорных и нажимного валков; 2Н - ход нажимного валка.

Зависимость между ходом нажимного валка 2Н и радиусом кривизны заготовки в процессе гибки-прокатки определяется выражением: 2Н = (Да +(£>„+ Я) / 2)(1 - сое Я) - Кг Разработана методика назначения исходных данных для расчета настроечных параметров компенсирующей гибки-прокатки на основе конечно-элементного моделирования (КЭМ) технологического сочетания «гибка-прокатка - ДУФ» (рис. 3).

а) б)

Рис. 3. Результаты моделирования формообразования обшивки (а) и панели (б) в последовательности «гибка-прокатка - ДУФ» (показаны напряжения по Мизесу, МПа)

Процесс дробеударного формообразования был смоделирован путем двухосного изгиба распределенными растягивающими силами (рис. 4), при-

ложенными на расстоянии гс от поверхности детали. Параметр прилагаемой нагрузки 1С определялся на основе выполненных в ИрГТУ экспериментальных исследований по обработке пластин из материала детали.

Дробеметиое колесо

Рис. 4. Схема приложения распределенной силы для моделирования процесса ДУФ

Установлено, что при дробеударном формообразовании неравножест-ких обшивок поперечная кривизна может превышать продольную более чем в 2 раза. Сделан вывод о том, что при назначении параметров формообразования обшивок следует учитывать повышение поперечной жесткости, формируемой при изгибе детали в продольном направлении.

Для оценки влияния продольной кривизны на поперечную жесткость оребренных панелей было выполнено моделирование формообразования в последовательности «гибка-прокатка - ДУФ» участка панели крыла с Г-образными ребрам (рис. 3, б). По результатам расчетов был сделан вывод о том, что изменением поперечной жесткости подобных панелей после компенсирующей гибки-прокатки можно пренебречь ввиду малости и расчет параметров формообразования, вести по САБ-модели исходно плоской детали.

Для определения углового положения валков листогибочной машины относительно детали при получении крутки поперечных сечений поверхность изогнутой под углом а к образующим детали была представлена частью цилиндрической поверхности, направляющие дуги которой расположены перпендикулярно осям валков (рис. 5).

2

Р

У

Направляющие инлмндричсскон поверхности

Горизонтальная плоскость Рис. 5. Поверхность детали с круткой поперечных сечений

Была построена расчетная схема и найдена зависимость угла закручивания поперечных сечений как функции от остаточного радиуса кривизны , длины обрабатываемого участка Ь и угла между осями валков и линией гиба а:

у = агсвт

„ .

281П(-*С

тй<„

Моделирование гибки-ирокатки методом нелинейного конечно-элементного анализа позволило выявить, что при первоначальном опускании нажимного валка нагружение детали осуществляется по симметричной схеме, которая при прокатке изменяется на асимметричную (рис. 6). Данная особенность приводит к погрешности формы деталей в виде локального увеличения остаточной кривизны до 30 % и более.

а) б)

Рис. 6. Схемы нагружения при начальном опускании нажимного валка (а) и в процессе

гибки-прокатки (б)

Был разработан способ определения параметра корректировки нажимного валка на начальном участке методом КЭМ, обеспечивающий равномерность получаемой кривизны с погрешностью не более 5 % (рис. 7).

а) б)

Рис. 7. Распределение пластических деформаций при гибке-прокатке плиты материала В95пчТ2 толщиной 16 мм с неизменным (а) и корректируемым (б) ходом нажимного валка

а по симметричной схеме Зона гибки-прокатки по 'лсслмеггричной схеме

Опыт практического применения операции гибки-прокатки для изготовления обшивок большой кривизны показывает, что, начиная с определенной кривизны, возникают дефекты формы аэродинамической поверхности детали, выражающиеся в отпечатывании внутреннего набора (дорожек,

утолщений, окантовок) на наружной поверхности детали. Для установления возможности их проявления при выполнении компенсирующей гибки-прокатки была проведена серия расчетов по моделированию гибки-прокатки участка обшивки со ступенчатым увеличением величины хода нажимного валка и проанализировано распределение напряжений и деформаций. Превышение допустимого отклонения контура поперечного сечения от прямолинейности было выявлено при изгибе на остаточный радиус кривизны 500 мм (рис. 8).

11400

Рис. 8. Контур поперечного сечения обшивки после гибки-прокатки на радиус кривизны

300 мм

По результатам моделирования было выявлено, что в местах уменьшения толщины полотна возникают превышающие условный предел текучести напряжения в направлении, перпендикулярном плоскости изгиба. Так как поперечные деформации стеснены, происходит потеря устойчивости полотна кармана и деформации развиваются в радиальном направлении. Был сделан вывод о том, что при изгибе обшивок на характерные для компенсирующей гибки-прокатки радиусы кривизны недопустимые отклонения геометрической формы детали не возникают.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям технологического процесса обработки панелей и обшивок в последовательности «гибка-прокатка - дробеударное формообразование».

Для проверки разработанной методики расчета параметра настройки нажимного валка Н0 были использованы конструктивно-подобные образцы (КПО) обшивки крыла гражданского самолета, изготовленные фрезерованием из сплава Д19чАТ (рис. 9).

По разработанной методике был проведен расчет настроечного параметра Н0 гибки-прокатки КПО на радиус кривизны 3, 6 и 9 м. Для этого смоделирован изгиб образца на трехвалковой листогибочной машине И2222БМ с параметром Н0 = 245,4 мм. При этом остаточный радиус кривизны составил 5,2 м. Затем был рассчитан поправочный коэффициент Кг, который в данном случае составил 4,1 мм. С учетом поправки было определено значение параметров Н0 для потребных радиусов кривизны.

Рис. 9. КПО обшивки крыла гражданского самолета

Затем была выполнена гибка-прокатка образцов на трехвалковой листогибочной машине И2222БМ на рассчитанных режимах (рис. 11, а). Для определения остаточного радиуса кривизны образцов измерялась стрела прогиба в продольном направлении в контрольных точках с помощью индикаторной планки с базой измерения 200 мм, оснащенной головкой часового типа ИЧ-10 с ценой деления 0,01 мм. Для исключения влияния собственного веса КПО на его кривизну измерения проводились после установки образца продольным краем на две опоры.

На рис. 10 показан график полученных теоретически и экспериментально зависимостей остаточного радиуса кривизны от настроенного параметра гибки-прокатки Я0. Эксперимент показал высокую точность определения параметра Н0 по разработанной методике. Максимальная погреш-

Рис. 10. График теоретических и экспериментальных зависимостей остаточного радиуса кривизны от настроенного параметра гибки-прокатки Н0

Для проверки разработанной методики определения требуемого радиуса компенсирующей кривизны детали был проведен эксперимент по формообразованию КПО обшивки, показанных на рис. 9, в последовательности «гибка-прокатка - ДУФ».

Была выполнена обработка образцов на режимах, рассчитанных с помощью разработанных методик (рис. 11), и измерена продольная и поперечная кривизна в контрольных точках.

формообразование на установке УДФ-4 (б) КПО обшивки

Анализ результатов измерений показал, что после обработки КПО в последовательности «гибка-прокатка - ДУФ» была достигнута требуемая форма поверхности. При этом абсолютная погрешность измеренных значений стрелы прогиба на базе 200 мм от требуемых не превысила 0,07 мм. То есть, измеренные отклонения кривизны контура значительно меньше допустимых.

Для проверки полученной математической зависимости между углом закручивания поперечных сечений детали у и технологическими параметрами гибки-прокатки был проведен эксперимент по гибке-прокатке образцов под углом к образующим. Использованные образцы представляли собой плиты материала В95пчТ2 размером 16x1300x600 мм.

Для исключения влияния на точность измерений недеформированных краевых участков контрольные сечения строились на расстоянии от краев N равном:

Ца 2 '

где Ьа- расстояние между осями нижних валков, В - ширина образца, а -угол гибки-прокатки.

Выполнялась последовательная гибка-прокатка образцов на трехвал-ковой листогибочной машине И2222БМ на радиусы кривизны 20, 10 и 5 метров с проведением измерений после каждого шага.

Для определения остаточного угла закручивания поперечных сечений образцы измерялись на координатно-измерительной машине (КИМ). Для исключения погрешностей, связанных с упругими деформациями образца под

собственным весом, были изготовлены приспособления для измерения на КИМ в вертикальном положении (рис. 12).

Для наглядного представления измеренные значения угла у были приведены к единичному углу закручивания х =Г>Графики зависимости полученных теоретически и экспериментально значений единичного угла закручивания сечений х от радиуса кривизны образца при рассмотренных углах гибки-прокатки приведены на рис.13.

Рис. 12. Приспособление для измерения крутки поперечных сечений образца на координатно-измерительной машине

25000

О 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Единичный угол закручивания '/. °/м Рис. 13. Теоретические и экспериментальные значения единичного угла закручивания

поперечных сечений

Абсолютное значение погрешности расчета не превысило 0,1 градуса, что удовлетворяет требованиям к точности формообразования деталей типа панелей и обшивок крыла.

Для подтверждения расчетных данных об отсутствии дефектов формы аэродинамической поверхности обшивок при компенсирующей гибке-

прокатке был проведен эксперимент по гибке-прокатке КПО обшивок, показанных на рис. 9.

Была выполнена гибка-прокатка образцов на трехвалковой листогибочной машине И2222БМ со ступенчатым увеличением хода нажимного валка. Для фиксации появления дефектов аэродинамической поверхности, проводилось измерение отклонения наружного контура поперечного сечения образца от прямолинейности в центральной части карманов. Измерение проводилось с помощью жесткой линейки и комплекта щупов.

Анализ результатов измерений показал, что отклонения контура поперечного сечения от прямолинейности, превышающие допустимые, возникают в диапазоне остаточных радиусов кривизны 0,4...0,7 м, что подтверждает результаты моделирования. Это доказывает, что при характерной для компенсирующей гибки-прокатки кривизне обшивок не возникают недопустимые отклонения геометрической формы детали.

Для оценки возможности применения операции гибки-прокатки для формообразования в продольном направлении деталей типа монолитно-фрезерованных панелей крыла с Г-образными ребрами был проведен эксперимент по гибке-прокатке образца в виде участка панели крыла самолета Бе-

Рис. 14. Образец участка монолитно-фрезерованной панели крыла в зоне перегиба

Контроль полученной продольной кривизны проводился с помощью шаблона контура сечения (ШКС), применяемого для контроля серийных деталей, и комплекта щупов. Измерения показали, что отклонения от ШКС составляют не более 0,08 мм, что в несколько раз меньше допустимых.

До и после гибки-прокатки образец был измерен на координатно-измерительной машине (КИМ) в соответствии со схемой измерений, приведенной на рис.15.

Анализ результатов показал, что при гибке-прокатке не происходит поводок ребер. Отклонения стенок ребер от перпендикулярности до и после обработки варьируются в пределах 0,4 градуса. Также после обработки был проведен люминесцентный контроль образца, который не выявил наличия

15

трещин. Таким образом, доказана возможность применения гибки-прокатки на трехвалковой листогибочной машине для формообразования деталей данного типа в продольном направлении.

Ось сечения 1 Ось сечения г Ось сечения 3 V

2575 -

300 1100 700

II II }/ ¡1 / Ревоо 1

Y II ! II }/ -i Л у кееро с

|1 и II —_л _и_□ у jРевро 3 £ W ; Ре&ро *

.......... — —-- Г""" / кееро э

Рис. 15. Схема измерения образца на КИМ

В четвертой главе представлена методика определения технологических параметров процесса гибки-прокатки длинномерных панелей и обшивок с помощью средств САПР.

Основными этапами расчета технологических параметров процессов гибки-прокатки являются:

1. Определение положения расчетных поперечных и продольных сечений детали (рис. 16);

2. Расчет продольной кривизны аэродинамической поверхности детали в точках пересечения продольных и поперечных сечений;

3. Расчет кривизны расчетных поперечных сечений;

4. Расчет требуемого радиуса компенсирующей продольной кривизны детали;

5. Определение поправочных коэффициентов гибки-прокатки Кг;

6. Определение поправки для обеспечения компенсации превышения требуемой кривизны на начальном этапе гибки-прокатки;

7. Расчет требуемых углов закручивания поперечных сечений у;

8. Расчет технологических параметров гибки-прокатки по симметричной схеме нагружения.

Рассчитанные значения средних радиусов продольной и поперечной кривизны, длин участков, потребных углов закручивания поперечных сечений заносятся в электронную таблицу MS Excel.

На базе разработанных зависимостей в программе MS Excel была создана расчетная таблица для определения настроечного параметра Н0 и угла между осями валков и линией гиба а, потребного для получения крутки поперечных сечений

!

Рис. 16. Построение расчетных поперечных сечений детали

Для расчета параметра Н0 в электронную таблицу программы MS Excel заносятся следующие исходные данные:

- толщина детали Я ;

- константы материала Е, ст0 2, е02, о-,, ев, определенные при испытании материала на растяжение в направлении проката;

- параметры валков листогибочной машины D0; DH ; L0;

- поправочный коэффициент кг ■

База данных поправочных коэффициентов кг, учитывающих особен-

ности схемы нагружения при гибке-прокатке, заполняется посредством рас-

КЭМ

Для повышения точности и простоты анализа результатов моделирование гибки-прокатки выполняется не для участка САБ-модели детали, а для элемента, построенного путем вытягивания ЗО-модели по расчетному поперечному сечению (рис. 17). Это позволяет использовать для построения конечно-элементной сетки гексаэдральные элементы.

На основе разработанных методик сформулированы технологические рекомендации по реализации комплексного технологического процесса формообразования обшивок и панелей летательных аппаратов на оборудовании с ЧПУ в последовательности «гибка-прокатка - ДУФ».

В рамах совместного комплексного проекта ОАО «Корпорация «Ир-кут» - ИрГТУ «Разработка и внедрение комплекса высокоэффективных технологий проектирования, конструкторско-технологической подготовки и изготовления самолета МС-21» была разработана специализированная трехвал-ковая листогибочная машина И2222БМ для гибки-прокатки в продольном направлении длинномерных панелей и обшивок путем модернизации существующей машины И2222Б (рис. 18).

б) в)

Рис. 18 Трехвалковая листогибочная машина И2222БМ: а) схема модернизации; б) вид спереди; в) датчик продольного перемещения детали

Результатом модернизации стало высокоточное управление вертикальным перемещением нажимного валка, продольным перемещением изгибаемой детали и угловым положением основания машины. Решения, использованные при модернизации машины, защищены патентом РФ на полезную модель.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. По результатам теоретических и экспериментальных исследований решена задача повышения производительности и точности при получении длинномерных обшивок и панелей двойной кривизны путем продольной гибки-прокатки с последующим дробеударным формообразованием.

2. Разработана методика расчета технологических параметров компенсирующей гибки-прокатки длинномерных обшивок и панелей с круткой поперечных сечений с использованием моделирования методом нелинейного

конечно-элементного анализа, которая обеспечивает требуемую точность расчета без проведения опытных работ на образцах деталей.

3. Использование моделирования методом нелинейного конечно-элементного анализа процессов гибки-прокатки и ДУФ позволило:

- повысить точность расчета компенсирующей гибки-прокатки на основе определения исходных данных в виде распределения требуемой остаточной продольной кривизны детали путем моделирования процесса ДУФ реальных неравножестких деталей;

- исследовать закономерности начальной стадии гибки-прокатки, для которой характерен переход от симметричной схемы нагружения на несимметричную, и предложить методику корректировки хода нажимного валка трехвалковой листогибочной машины, обеспечивающую повышение точности деталей и равномерности распределения остаточного радиуса кривизны;

- оценить возможность возникновения дефектов формы обшивок в виде потери устойчивости местных облегчений полотна и установить диапазон радиусов кривизны, обеспечивающий отсутствие указанного дефекта при компенсирующей гибке-прокатке.

4. В результате экспериментальных исследований технологического сочетания «гибка-прокатка - ДУФ»:

- проведена оценка разработанной методики расчета распределения потребного радиуса компенсирующей гибки-прокатки. Установлено, что расчет по данной методике обеспечивает достижение требуемого контура наружной поверхности с отклонениями, не превышающими допустимых;

- проведена оценка разработанных методик определения параметра настройки нажимного валка и угла гибки-прокатки, потребных для получения необходимых распределений остаточной кривизны и угла закручивания поперечных сечений детали. Установлено, что разработанные методики обеспечивают требуемую точность определения настроечных параметров гибки-прокатки;

- установлено, что при характерных для компенсирующей гибки-прокатки радиусах кривизны не возникают дефекты формы аэродинамической поверхности обшивок, вызванные потерей устойчивости местных облегчений полотна, как было показано в теоретической части работы;

- установлена возможность применения операции гибки-прокатки для придания компенсирующей кривизны в продольном направлении деталям типа монолитно-фрезерованных панелей крыла с развитой опорной поверхности со стороны внутреннего набора.

5. Разработана специализированная трехвалковая листогибочная машина И2222БМ, отвечающая специфическим технологическим требованиям, предъявляемым к оборудованию для гибки-прокатки длинномерных деталей переменной кривизны с круткой поперечных сечений.

6. Разработаны и внедрены в производство нормативно-техническая и рабочая технологическая документация по формообразованию длинномер-

ных обшивок и панелей в последовательности «гибка-прокатка - ДУФ» на оборудовании с ЧПУ.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

В изданиях, входящих в перечень ВАК:

1. Малащенко А.Ю. Определение технологических параметров гибки-прокатки длинномерных обшивок и панелей крыла // Вестник ИрГТУ. 2013. № 11. С. 41-47.

2. Малащенко А.Ю. Оптимизация технологических параметров упруго-пластической гибки длинномерных обшивок и панелей переменной кривизны // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, том 15. 2013. № 6(2). С. 409^12.

3. Пашков А.Е., Малащенко А.Ю. Об автоматизации процесса гибки-прокатки деталей типа обшивок крыла в комбинированном процессе формообразования // Вестник ИрГТУ. 2011. № 11-. С. 37-42.

В прочих изданиях:

4. Вепрев A.A., Пашков А.Е, Тараканова Ю.С., Малащенко А.Ю., Лихачев A.A. Об автоматизации производства крупногабаритных панелей на Иркутском авиационном заводе // Наука и технологии в промышленности. 2013. № 1-2. С. 49-53.

5. Малащенко А.Ю. Технология автоматизированной гибки-прокатки длинномерных обшивок // Мат. Междунар. молод, науч. конф. «XX Туполевские чтения», Казань 22-24 мая 2012г.

6. Малащенко А.Ю. Автоматизация процесса гибки-прокатки деталей типа обшивок крыла // Высокоэффективные технологии производства летательных аппаратов: сборник докладов / Под общ. ред. А.Ю. Дияка. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2012. 128 с.

7. Малащенко А.Ю. Повышение эффективности упруго-пластической гибки деталей типа панелей крыла в комбинированном процессе формообразования // Сборник докладов XII-й Международной научной конференции «Актуальные вопросы современной техники и технологии», Россия, г. Липецк, 26 июля 2013 г.

Авторские свидетельства и патенты:

8. Пашков А.Е., Лихачев A.A., Малащенко А.Ю., Хунхеев A.M. Валковая листогибочная машина // Патент России № 133761. 2013.

Подписано в печать 02.09.2014. Формат 60 х 90 /16.

Бумага офсетная. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Зак. 173. Поз. плана 12н.

Лицензия ИД № 06506 от 26.12.2001 Иркутский государственный технический университет 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83