автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.04, диссертация на тему:Повышение качества корпусных деталей ракетно-космической техники



ч у а

На правах рукописи Для служебного пользования Экз. № /V

КАРАЧЕНКОВ ЕВГЕНИЙ МИХАЙЛОВИЧ

Повышение качества корпусных деталей ракетно-космической техники

Специальность 05. 07. 04 "Технология производства летательных аппаратов"

Автореферат диссертация ни соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2000

Работа выполнена в Государственном космическом научно-производственном центре им. М.В. Хруничева

Научный руководитель - кандидат технических наук

Медведев А.А.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Гаврилин В.Д.

- кандидат технических наук, доцент Кузнецов И.И.

Ведущая организация - НПО «Техномаш»

Защита диссертации состоится " 23 " марта 2000 года в 15.00 на заседании диссертационного совета Д.063.56.03 в "МАТИ" - Российском государственном технологическом университете им. К. Э. Циолковского по адресу: 109240, г. Москва, Берниковская наб., д. 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан " 21 " февраля 2000 года.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 105767, Москва, ул. Петровка, 27, МАТИ им. К.Э. Циолковского, Ученому секретарю диссертационного совета Д.063.56.03.

Ученый секретарь

диссертационного Совета Д. 063.56.03 доктор технических наук, профессор

И. В. Шевченко

гп^^ИСКАЯ--1

°ЖлРИСо7|кНдНАЯ

___2000__* I ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одной из важнейших задач, стоящих перед машиностроением, является разработка новых материальных и информационных технологий, интенсификация существующих технологических процессов, обеспечивающих снижение потребностей в материальных, трудовых, временных и иных ресурсах как при проектировании, так и при производстве новых образцов техники. Другой задачей является целевая подготовка специалистов, которые бьГ могли осуществить решение первой задачи.

Постоянно возрастающие требования к тактико-техническим характеристикам ракет-носителей, орбитальных станций и других космических аппаратов вызывают необходимость использования в конструкциях изделий ракетно-космической техники монолитных деталей и узлов, замены сборных элементов цельношгампованными, что не только приводит к снижению массы изделия, но и во многом повышает его качественные характеристики (надежность, безопасность, ресурс и другие).

Таким образом, повышение качества корпусных деталей изделий ракетно-космической техники является актуальной задачей, во многом определяющей и качество изделия в целом. Корпусные детали имеют, как правило, ребра жесткости, переменную толщину стенки, "карманы" облегчения, утолщенные кромки и т.п.

Эти утолщения получают как из толстых заготовок путем удаления избыточного металла или его утонения в местах, соответствующих тонким стенкам, так и штамповкой из разнообразных заготовок: профилей, листов, сварных и штампованных обечаек.

Одним из перспективных процессов, который позволит повысить качество корпусных деталей, является их получение штамповкой из листовых заготовок с набором материала в местах утолщений, что дает возможность, кроме того, в значительной мере сэкономить материал, снизить трудозатраты, сократить трудоемкость и улучшить условия труда. Несмотря на явные преимущества, этот процесс не получил достаточно широкого распространения ввиду ограниченности способов утолщения кромок тонкостенных листовых заготовок, недостаточностью разработки методов расчета силовых и технологических параметров и рекомендаций по их использованию в промышленности.

Поэтому диссертация, в которой приведены результаты исследования и практического использования процессов набора толщины на кромках тонкостенных заготовок и материалы для целевой подготовки специалистов, является актуальной.

Работа является одним из направлений исследований, осуществляемых сотрудникам] ГКНПЦ им. М.В. Хруничева в рамках программы поддержания конкурентоспособное!] отечественных образцов ракетно-космической техники.

Целью работы является повышение качества и снижения материальных и трудовы: затрат в производстве корпусных деталей изделий ракетно-космической техники путе» изготовления пластическим деформированием тонкостенных листовых деталей утолщенными кромками.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- осуществлен теоретический анализ процессов утолщения кромки заготовки;

- разработаны и исследованы новые способы и устройства, направленные на расширени предельных возможностей утолщения кромок тонкостенных листовых заготовок;

- разработаны на основе проведенных исследований перспективные варианты процесс утолщения кромок листов и штамповой оснастки;

- осуществлено компьютерное моделирование полученных результатов дл автоматизации технологической подготовки производства;

- даны практические рекомендации для использования результатов работы при целево: подготовке специалистов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- разработаны математические модели, описывающие напряженно-деформировакно состояние прямолинейной и кольцевой кромок тонкостенной листовой заготовки при е последовательной осадке пуансоном;

- определены оптимальные условия осадки кромки тонкостенной листовой заготовк: пуансоном без потери устойчивости в очаге деформации;

- определены условия утолщения прямолинейной и кольцевой кромок тонкостенны: листов осадкой с элементами противодавления;

- определены пути рационального использования автоматизированных систе! технологической подготовки производства.

Практическая ценность работы:

разработаны новые способы и устройства для утолщения кромок отверстий : концевых участков тонкостенных листовых заготовок, обеспечивающие получени равнопрочных сварных соединений, что повышает производительность труда и снижае расход материала;

- предложены упрощенные математические модели для расчета основных технологических параметров процесса утолщения кромок листовых заготовок;

- разработана технология получения утолщений на кромках листовых заготовок;

- разработаны компьютерные модели и методики моделирования разработанных технологических процессов в рамках технологической подготовки производства;

- разработаны методические материалы доя целевой подготовки специалистов.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались на

23 -х Гагаринских чтениях в МАТИ им. К.Э. Циолковского в 1997 г., на Международной конференции STAR в Варшаве в 1998 г., на 2-ом Международном аэрокосмическом конгрессе в г. Москве в 1998 г., на Парижском авиакосмическом салоне в Le Bürget в]999 г., на 50-ом Международном аэрокосмическом конгрессе в г. Амстердаме в 1999 г.

Содержание работы опубликовано в одном справочнике, одной монографии, в двух научных статьях и ряде учебно-методических материалах.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, списка литературы и приложений. Содержание изложено на 143 страницах машинописного текста.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы.

В первой главе проанализированы существующие способы утолщения кромок листов, отмечены недостатки и поставлены задачи по разработке перспективных способов и устройств. Проведен анализ теоретических решений, на основе которых поставлены задачи теоретических исследований.

Решению задачи получения деталей с переменной толщиной стенки посвящены работы И.Я. Тарновского, В.Н. Выдрина, В.А. Шадрина, М.В. Сторожева, Е.А. Попова, О.В. Попова, В.И. Ершова, E.H. Мошнина, А.Д. Томленова, А.И. Киселева и других авторов.

Анализ конструкций ракет-носителей и космических аппаратов позволил выявить основные требования к утолщенным участкам и основные способы получения утолщений.

Проведенный анализ способов образования утолщений на тонкостенных листовых заготовках и теоретических исследований процессов пластического деформирования заготовок позволил сделать следующие выводы:

1. В настоящее время актуальным является изготовление тонкостенных листовых деталей с местными утолщениями, используемых или в качестве элементов жесткости, или в

качестве компенсаторов ослабления исходного материала в зоне сварных, болтовых заклепочных соединений.

2. Используемый в практике метод размерного химического травления кра{ неэкономичен и трудоемок.

3. Существующие способы и устройства не нашли широкого применения промышленности, так как, с одной стороны, не обеспечивали требуемых параметр утолщений, а с другой, — не удовлетворяют производство по технико-экономическ показателям.

4. Известные методы расчета напряженно-деформированного состояния при ост кромки тонкостенных листовых заготовок и потере устойчивости носят, в основнс приближенный характер.

В итоге проведенный анализ позволил сформулировать цели и задачи работы.

Во второй главе дан анализ процессов пластического деформирования кром листовых заготовок, решение задачи определения напряженно-деформированного состояв при раздаче отверстия в листовой заготовке и при осадке неподкрепленной кромки лис пуансоном. Определены условия осадки неподкрепленной кромки листа пуансоном ( потери устойчивости. Приведены условия утолщения кромок тонкостенных листов при осадке между параллельными пластинами с элементом противодавления. В зависимости величины осадки кромки одновременно определена ее форма и глубина проникновен пластической деформации с учетом возможной потери устойчивости как самой кромки, т и нижележащей зоны. При исследовании процессов получения утолщений определенн формы и размеров к основным уравнениям добавляются условия получения этих утолщен и рассматривается совмещенный процесс с учетом влияния этих условий.

Сформулированы и обоснованы основные допущения:

1. Материал заготовки изотропен при любом развитии упрочнения, однороден, жесть пластичный.

2. Упрочнение материала учитывается степенной или линейной зависимостью типа

3. Изменение механических свойств материала от температуры описывает уравнением Курнакова Н.С. = с^е1'^'0*, ( где а5 - напряжение текучести материала при температуре I, сг° - то же при температуре у - температурный коэффициент.

4. Очаг деформации ограничен поверхностями контакта с инструментом и оснасткой. Влияние внеконтактной пластической зоны учитывается мощностями среза.

5. Силы трения постоянны на поверхности контакта с инструментом и определяются

т, = (3)

где тк - касательные напряжения на поверхности контакта с инструментом, ц -коэффициент внешнего трения на поверхности контакта.

6. Давление деформирования постоянно на всей поверхности контакта инструмента с заготовкой.

Раздача отверстия в листовой заготовке Раздача отверстия в листовой заготовке может происходить по различным схемам деформирования в зависимости от размеров заготовки. Рассмотрим три схемы, приведенные на рис. 1-3.

Рис. 1. Схема раздачи отверстия в

заготовке неограниченной длины

=¡111

Рис. 2. Схема раздачи отверстия в ограниченной по периферии заготовке

Рис. 3. Схема раздачи отверстия в заготовке ограниченной длины

Дифференциальное уравнение распределения толщины стенки детали получено в

виде:

сК5

4рст|пС ЗОЕ?,

рст^В О

(2аг-<т,)-

р С , > 4сг*пр (2е. -+ еЛ '

ЗЮе

(4)

¡>

где ф = ф,

С = ■

5срс Бша Брата,.

Зе2 Б

В = ■

-Зе, Зе, <3рс -Зб, ¿Б, Рс <*Р 5С <1р

-е,

0,5]

0,5]

(

О = 2о, -о2 +А1

А| — - ст, 0,5 '

о,=±

1-А+:

аг=±

а*А2

1-А + — 1

Б «Л 0,5 ОЛ' Ф рс . V 0,5 0,5/ Л 0,5/

1

+ -[2е2 + Е3].

Р

Здесь С|, С2 - соответственно меридиональное и окружное напряжения; Ег, Ез соответственно окружные деформации и деформации по толщине стенки; р, 8 - текувд значения радиуса и толщины стенки получаемого утолщения; рс, 8С - текущие значен! радиуса и толщины стенки кольцевой заготовки.

Расчеты были проведены численным методом применительно к представленны схемам деформирования. Результаты расчетов даны на рис. 4 -6.

1.2 1.1 1.0 0.9

\

N

34

и 1.6 1.4

1.2

1

1

Р

%

1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2,6 Р/^ 1,2 1.4 1.6 1.8 2,0 2,2 2,4 2,6 Р/^

Рис. 4. Распределение толщины утолщения при раздаче по схеме, изображенной на рис. 1

Рис.5. Распределение толщины при раздаче по схеме, изображенной на рис.2

1.1

1.0 09 0.8

"1 " ~

1

—- - ГГ-. I - —

Рис.6. Распределение толщины

утолщения при раздаче по схеме, изображенной на рис.3

1.2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2.4 2.6 Р/к

Осадка неподкрепленной кромки листа пуансоном

Утолщение на кромке листа может быть получено при нагружении ее сжимающей нагрузкой Р (Р=цР), Лист принимаем бесконечно широким, т.е. перемещение в направлении X отсутствует (рис.7).

Рис.7. Схема осадки кромки листа пуансоном

Согласно методу Ритца возьмем две подходящие функции, близко описывающие процесс утолщения кромки листовой заготовки при осадке ее пуансоном. В первом случае решение выполним в скоростях перемещений, во втором - в перемещениях. При садке кромки листа пуансоном очаг деформации нестационарен.

Анализ 1 случая возможного формоизменения

Будем считать, что за малый промежуток времени кромка листа переместилась в осевом направлении на величину Ь со скоростью «и- Распределение скоростей перемещения в осевом направлении описывается функцией, которая должна отвечать следующим условиям: 0У==0|, на кромке листа и у=Ь, иу.=0 на границе пластической зоны у=Н+Ь:

о = а,+ —+ а3 ■ у , (5)

У

где у -осевая координата точки, з\, аг, аз - неизвестные коэффициенты.

Выразим а| и 3.2 через аз с учетом граничных условий и, используя соотношение Коцц определим скорость деформации в осевом направлении. Имеем

= 2

При постоянной скорости о., величина осадки Ь равна преобразований получим

1г = • х. После

й = Э0 -ехр(

•ехру

/ь2

2Н'

(Н^ 2НЪ 2 3 +

У 2

Интенсивность деформации сдвига будет равна

I | (Н^Ь)4 2(Н + Ь)2 | (Н + Ь)4-г2

Н' V У' У" У"

Мощность внутренних сил в геометрическом очаге деформации равна

(6)

(7)

(8)

2

У/, = [ I (Гс1х<1ус1г.

.50 ь ~2

После интегрирования, используя неравенство Буняковского, имеем

= 2Т5»1<,Б0 -5-( Н М, +

М-Б Ь-МА

М1-Н +

М-Б-Н М-Б(Ь3-МА3)

Ь-МА

5 - Ь • МА

МЬМА^МА3) 2-МЬМА-Н 2М-Б(Ь} -МА') Б^-М^-МА*

311

ЗЬ МА

12

У-МА3 З М Б(Ь7-МА7) 3-Мг-Бг(ь9-МА9) 5Ь5-МА5 + 7М1-Ь7-МА7 + +

З-М3-Б3(Ь"~МА")

9М1 -И -МА9

0.!

11М13 -Ь" • МА" Скорость скольжения определяется выражением:

(н2 + 2Н -ь)

ис =иг|,=Ь = ,У А-1

Мощность сил трения равна

=0,25о5и^3

Н2Ь

(нг +2Н-ь) Эд Л М-Б М Н2-Ь 4 V + И2 2

(9)

(10

(12;

Т.к. в уравнение баланса мощностей входит один неопределенный параметр Н, можно

О ГШ

записать -= 1).

дН

В результате решения (10) и степенной аппроксимации значений Н с погрешностью до 3,5% получено выражение для расчета высоты утолщения:

Нс1,211 1,0,262 „-0,344 .,0,151 /1/(\

= О0 -П' 'Оз' -Оь' , (14)

Анализ 2 случая возможного формоизменения

Зададим закон изменения толщины утолщения по оси У в виде функции, отвечающей граничным условиям: 3=3„г при у=Ь и 8=5о. при у=Н+Ь:

8 = 8и-(5„-80)^, (15)

г!

где Б кг - максимальная толщина утолщенной кромки (на торце).

Работа внутренних сил в очаге деформации для идеального жестко-пластичного тела равна А| = т5[[( ГсМуёг.

v

После интегрирования имеем

А^ол/^+эЛгн^-зз,,)*

(16)

.1'ли ч -.ч. "I \

+ 1п-

^„-в. 12Н

Работа, необходимая для преодоления сил трения скольжения в направлении оси Ъ

А^^ЯгЛ^. (17)

г.

В уравнение баланса работ входит один неопределенный параметр Н. Поэтому

ЗА,Н „

—— = 0 . (18)

ЗН

Определим Н с использованием степенной аппроксимации, получим

Н = 8Ш.Ь0,289.^-0.076 (19)

Погрешность аппроксимации составляет, примерно, 2%.

Условие осадки неподкрспленной кромки -тонкостенного листа без потери устойчивости

В процессе нагружения кромки тонкостенной листовой заготовки нагрузкой кинематически возможны два случая:

1. Происходит увеличение толщины Э кромки листа без изменения плоскостности ( срединной поверхности (эти случаи рассмотрены выше).

2. Образуется продольный гофр при незначительном изменении толщины кромки лист (продольная потеря устойчивости).

Здесь происходит изгиб кромки и, следовательно, энергия необходима для его изгиба

^вн.изг..

Энергетическое условие осадки неподкрепленной кромки листа без потер устойчивости запишется в виде —< 1. (2(У

^ян.юг

Продольный изгиб кромки листа при осадке пуансоном Принимаем дополнительно следующие условия и допущения: При изгибе с осевым нагружением (¿„=0):

а

Г = ^4(е2р+ср-св+е2в) = -

(21

Р

где Ои - центральный угол изогнутого элемента, а - скорость изменения угла аи, р - радиус кривизны изогнутого элемента.

Мощность внутренних сил \У,„.10Г. равна

Ч.» =2а5}| {Грс^срсИ = 2о3аЛ 1пМ. (22)

о л, о а» Ч ' 1

Решение условия (20) было реализовано на ЭВМ в диапазоне изменения параметров:

8о=1-5 мм, ц=0,2-0,3, Н =0,2-20, Ь =0,02-4, ст,=200-400 Мпа. Расчеты показывают, что потеря устойчивости начинается с величины Н0 > 2,7 при К > 0,25-0,35 с некоторым утолщением торца изогнутой кромки. Гак происходит до высот Н0=2,8. При превышении этой высоты происходит изгиб кромки без ее утолщения.

Утолщение подкрепленной кромки листовой заготовки

Если при осадке кромки листовой заготовки использовать элементы противодавления, создающие усилие приложенное к боковой поверхности утолщаемой кромки, то это будет

препятствовать ее потере устойчивости и даст возможность получать требуемую форму утолщения. В этом случае мощность усилия деформирования равна сумме мощности внутренних сил изгиба \У,Н10Г и мощности прижима \Упр..

^ = (23)

Осадка кромки листа пуансоном с элементом противодавления Мощность сил прижима равна ^'„^(З-С, (24)

где С - высота гофра.

Минимальное значение (}', потребное для образования утолщения на кромке

- № р "ВИ.ИЗГ

> —-——-. (25)

На рис. 8 приведены зависимости усилия осадки Р и прижима в зависимости от Ь для различных Н0 и Бо (материал АмгбМ), из которых видно, что для Ь ¿0,25-0,75 усилие прижима отрицательно, следовательно, для этих параметров осадки прижим не нужен. С увеличением Н0 и Ь усилия (2 и Р возрастают, однако после Н0= 20 усилие прижима склонно к снижению.

Р. О 0,3 0,2 0,1

-0,1

5о=2 мм У У

Т. у

У !>о=1 мм -Ж-:

2 1,3

Рис. 8. Зависимость усилия осадки Р и прижима 0 от Ь для Н0: 1- 5; 2 - 15; 3 - 25;

_прижим,

...... осадка

0,5 1

1,5

2,5 3 й

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований по утолщению кромок листовых заготовок. Определены возможности утолщения при раздаче отверстий и утолщение кромок листовых заготовок при осадке пуансоном, включая случаи их осадки между параллельными пластинами с элементом противодавления и в полость постоянных размеров.

Эксперименты включали следующие исследования:

- исследование деформированного состояния кромки при раздаче отверстий в листово заготовке;

- исследование возможностей осадки неподкрепленной кромки листа торцевой осадко пуансоном;

- исследование возможностей деформирования при торцевой осадке тонкостекны листов пуансоном между упругими пластинами;

- исследование возможностей получения утолщений на тонкостенных листовых загс товках торцевой осадкой пуансоном между параллельными пластинами в постоянный зазор;

- исследование возможностей получения утолщений на листах с использование] усилия, приложенного по нормали к поверхности листа;

- сравнительные исследования утолщенных кромок листовых заготовок, полученны химическим размерным травлением и пластическим деформированием.

Эксперименты проводились на заготовках толщиной 8о=1,0; 1,5; 2,0; 2,5 и 3,0 мм размерами 100x100 мм, 400x300 мм, 150x50 мм из алюминиевых сплавов АМгЗМ, Амг6№ АмгбН, 1201, 1420, АДО, 01570.

Эксперименты по утолщению кромок отверстий проводились по схеме, изображенно на рис. 9. Использовались кольцевые заготовки 020x60x2 мм из материала АМгЗМ. ] качестве передающей давление среды использовалась резина (при штамповке в холодно] состоянии) и графит (при штамповке с нагревом). Результаты даны в табл. 1.

Рис. 9. Схема штампа для получения

утолщений на кромке отверстия: 1 - заготовка; 2 - неподвижный прижим; 3 - матрица;4 - подвижный прижим; 5 - нагреватели; 6 -передающее давление среда; 7 - толкатель

Таблица 1

Относительный радиус от кромки, р/!^ Усилие, Примечание

1,5 1,6 1,7 1,8 1.9 2,0 кН

Относительная толщина, Б/Э; 1.75 1,80 1.75 1,75 1.73 1,71 1.70 1,67 1.65 1,64 1.60 1,60 160,0 Образцы №№ 1-3 В холодном состоянии

Относительная толщина, 5/5е 1.70 1,80 1.70 1,75 1.70 1.71 1.70 1,67 1.65 1,64 1.60 1,60 42,0 Образцы №№ 4-6 С нагревом до 360 "С

Результаты экспериментов по осадке неподкрепленных кромок пуансоном представлены в табл. 2.

АмгбМ, 1=20 мм, 5р=2 мм, и=2 см/мм__Таблица 2

№ п/п 1 2 3 4 5 6 7 8

Н„ 3,75 3,5 прокат 3,15 ерпендику; 2,9 1ярно торцу 2,65 кромки 2,3 2,15 2,0

Ь 0,5 0,6 0,5 0,75 0,45 0,75 0,4 0,9 0,45 0,65 0,95 1,35 1,15 1,35 1,5

Р, кН 18 19 18 22 16 22 16 22 16 22 24 46 38 46 37

1,08 1,1 1,1 1,12 1,1 1,05 1,1 1,15 1,1 1,12 1,35 1,72 1,35 1,62

Г Л * ь 1Р- т + * ** ¿Л" Л

н0 1 4,2 2 3,9 3 пр 3,5 4 окат вдоль 3,05 5 торца кром 2,9 6 ки 2,65 7 2,5 8 2,3

Н 0,4 0,6 0,45 0,75 0,3 0,55 0,55 0,75 0,55 0,8 0,4 0,65 0,75 0,85 1,12

р, кН 16 18 16 17 12 16 17 21 16 21 16 22 22 24 36 45

1,07 1,07 1,08 1,12 1,05 1,06 1,11 1,16 1,11 1,18 1,14 1,2 1,7 1,76 1,75

1 И1 * / » * * # ■ - ** ** * *

Примечание: * - потеря устойчивости с образованием гофра, ** - изгиб утолщенной кромки

Осадка кромки пуансоном, толщина которого равна толщине исходного листа Образование утолщения по этой схеме происходит за счет проталкивания кромки з; готовки плоским пуансоном (5„=50) между параллельными пластинами в полость поете янных размеров. Процесс осуществлялся с нагревом до \°=410-420 °С. Размер] односторонней полости выбраны в интервале: по высоте Нп=10-26 мм, по глубине ДБ=0^ 1,0 мм. При увеличении полости до Н„=20 и 26 мм и Д5=1,0 мм с использование: нескольких пуансонов было достигнуто значительное утолщение кромки К$=2,1-2,1! Н =13. Так, при осадке заготовок 2-мя пуансонами: для первого хода 8П=2,0 мм, Н„=2 мм, для второго - 8П= 2,6 мм, Н„=26 мм. При осадке в полость Нп=26 мм и ДЭ =1.0 м; использовалось 3 пуансона: 5П=2; 2,6; 3 мм из-за упругого раскрытия пластин. Исходна величина С=0,5-5о в процессе осадки увеличивалась до С=2-8о.

Осадка кромки пуансоном, толщина которого равна толщине утолщения Осадка производилась с нагревом заготовок до температуры 400-420°С. При значениях Н0<(3-5) утолщение кромки осуществляется без заметного искривле ния. На заготовках из АМгбМ, АМгбН, АМгЗМ, 1420, АМц получены утолщения н

кромках с параметрами К5= 1,4-1,88, Н=3-9 на длине 92 мм. При глубине полост § _

гофры полиостью распрямляются в пределах исследованных высот Н0=3-1!

Усилие деформирования Р, на 3-15% меньше теоретического значения г-г, что говорит хорошей сходимости теоретических и экспериментальных результатов.

Последовательная осадка кромок пуансоном (результаты представлены в табл. 3).

№ Номер Эо Н„ и к., Н Р, Материал

п/п перехода мм

1 1 4,0 2,6 1,36 1,4 13,0

2 2,5 4,0 2,6 1,32 1,4 12,1 АМгбМ

3 4,0 2,3 1,32 1,7 12,1

2 1 7.0 2,6 1,32 4,4 13,1

2 2,5 7,0 3,1 1,36 3,9 12,4 АМгбМ

3 7,0 3,1 1,36 3,9 13,8

3 1 6,8 3,4 1,48 3,4 13,0

2 2,35 6,8 3,4 1,48 3,4 14,5 1420

3 6,8 3,4 1,48 3,4 13,8

4 1 10 3,4 1,48 6,4 13,8

2 2,5 10 3,8 1,49 6,2 13,1 АМгбМ

3 10 3,4 1,47 6,4 13,0

Осадка кромки листа между упругими пластинами

Образование утолщения по этой схеме осуществляется в результате осадки кромки между параллельными пластинами без зазора между ними. При осадке с нагревом до

температуры 1°= 400-420 С0 были получены клиновидные утолщения (табл. 4).

__Таблица 4

№ п/п Толщина кромки S (мм)

Н, мм 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30

1 4,37 4,35 4,28 4,21 4,13 4,05 3,99 3,92 3,42 3,37 3,32

2 4,45 4,38 4,32 4,26 4,17 4,10 4,03 3,98 3,73 3,53 3,43

3 4,36 4,34 4,30 4,23 4,15 4,06 4,00 3,94 3,50 3,38 3,35

4 4,53 4,50 4,42 4,33 4,24 4,18 4,10 4,00 3,83 3.62 3,51

Примечание: So=3,0 мм.

Для заготовок из АМгбМ So=3,0 мм максимальное утолщение на торце кромки составило Ks=l,45-1,51, а при высоте Н =8-9 Ks=l,2-1,3, при этом увеличение толщины наблюдается до высот Н= 14-17.

Сравнительные исследования утолщенных кромок листовых заготовок,

полученных травлением и пластическим деформированием

С целью сравнения двух способов (химического травления и пластического формоизменения) и для определения влияния пластической деформации на механические характеристики материала были проведены исследования распределения микротвердосги, усталостные испытания и испытания на одноосное растяжение (табл. 5), а также металлографические исследования. Анализ результатов показывает, что все сварные образцы с кромками, утолщенными пластическим деформированием, разрушились в зоне основного материала за пределами шва, в то время как часть образцов с утолщенными кромками, полученными химическим травлением, разрушились в околошовной зоне (10%), а часть по сварному шву, вследствие внутренних дефектов (5°/о).

Усталостные испытания при циклическом нагружении проводились на плоских образцах, вырезанных из листовых заготовок сплава АМгбМ в исходном состоянии (1), сваренных без утолщения (II) и с утолщениями, полученными химическим травлением (Ш) и пластическим деформированием (IV). Испытания проводились на машине Мир-20 при отнулевом цикле переменных напряжений на четырех уровнях напряжений: атах=160; 140; 120; 100 МПа.

Таблица 5

Способ получения Направление 0„ МПа Да,,

утолщений или без волокон %

утолщения проката основной материал в околошовной зоне

без утолщения: вдоль 331 281.5 -17.5

поперек 323 285 -13.3

травленные вдоль 354 296.5 -18.4

поперек 347 293 -17.7

с утолщением: вдоль 331 354 +7.3

поперек 323 360 +10.8

- осадка пуансоном вдоль 331 360 +9.0

поперек 323 362 +12.07

утолщение получено вдоль 354 322 -10.3

химическим травлением поперек 347 326 -5.8

В результате исследований установлено, что при испытаниях I и III группь наблюдается уменьшение усталостной прочности на 10-15%, а IV группы некоторо' повышение на 5-8% по сравнению с I группой. Это вызвано благоприятным воздействие» пластической деформации: уменьшением зерна, анизотропией свойств заготовки и т.п.

Металлографические исследования макро- и микроструктуры образцов показал! отсутствие каких-либо дефектов и измельчение структуры материала при пластичесю» деформировании.

В четвертой главе приведены результаты практического использования результате! исследований.

Разработаны объектно-ориентированные компьютерные модели и программы дл) моделирования операции раздачи отверстия в листовом материале. Структура модел! приведена на рис. 10. Блок-схема процесса моделирования - на рис. 11, а пример расчета -на рис.12. Последние версии программ написаны на языке С++.

Работа начинается с выбора моделируемой технологической операции и выборг исходных параметров заготовки и детали. Затем с использованием базы данных пс основным материалам осуществляется расчет технологической операции с использованием разработанной математической модели процесса, где основой всех последующих расчетов является расчет напряженно-деформированного состояния, пс которому рассчитываются силовые параметры процесса, предельное деформирование, размеры заготовки и т.д. Расчет сопровождается кинематической анимационной картиноР процесса штамповки с выводом основных параметров процесса в графической форме. При необходимости может бьггь распечатан файл - протокол расчета.

Г

Головной монитор

1е

X

п_

База данных по физико-механическим свойствам исходны* полуфабрикатов

Расчетная часть (математическая модель операции)

Статическая схема операции

Меню выбора исходных параметров

Кинематическая схема операции

Программа ввода-вывода цифровой и графической информации

Рис. 10. Структура компьютерной модели технологической операции

НАЧАЛО

Статические схемы деформирования

1 4 1 Т

Осадка Раздача Осадка с прижимом Раздача с прижимом

1 * 1 I Т

База данных

Меню выбора исходных параметров

1

Расчетная часть (математическая модель операции)

X

Кинематические схемы формообразования

I ■ ; А

Осадка Раздача Осадка с прижимом Раздача с прижимом

Расчет Н Д С. технологических параметров, предельного деформирования, геометрии и т.д.

Рис. 11. Блок-схема компьютерных моделей технологических операций

Ркиача отверстия

• >1 "«и- » даэгд

.. г. __

3 у > ' • V1- -ОН» -

1 V <ь->, ^ : 5.Г 4 чи

УЗугйг Й1* '

[ График Р=ПКв) |{ График 8=Г<1ГС)

5 .10.15.31!С,им

1 /

1

5 .11.17.RG, им

Рис. 12. Пример моделирования раздачи отверстия в листовой заготовке

Предложены практические рекомендации для корректировки учебных планов, целевой подготовки специалистов для ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, цель которых увеличить практическую направленность подготовки с одновременным увеличением доли подготовки по новым информационным технологиям. Разработанные при этом графики (расписание) учебных занятий приведены на рис. 13, 14.

I' 1» I»

I' I' [з

[Г

4 оьвстр

не

гг: i» чз

П И-43 I

7 е»м»1

виз

? еемя

в сек«сто

иШдт

9 с »мел

ВВ9

10 с*м>л

|3 и I

I) и I

|з 1« I

I' 1« I

I' I" I

I; 16 тишияи

ПЕЗЖ

■I»

I» I'о

у1? 1'0

ГЕЕЯЩИСГ

15 1«

тг-гг

I) 1« ИД1«ВИИи

12 семестр

НИИ

По

|13 III 14 ||5

113 113 и Г

112 113 14~т

112 ) 13 1<~г

112 113 к i

112 |13 14 |1) !6

Ж

Ж

Ж

Ж

112 113 ПИША ¡Г

112 113 ВЧЙВЯк

П2 из дштагтг

НЕБЕШЖК

112 11з итатошг

112 ИЗ 14 |1! I»

. Работа (40 тдаль)

- Работ«■ практик, (44иадаяи)

- Экзам свести мацкга вапугкиой работы (диплома) (41 падала) ■ Канмсулы ( 4! педаль)

1 семестр

Рис. 13. Расписание учебных занятий для групп целевой подготовки, обучающихся по специальности «ракетостроение» после окончания колледжа

- Работа ( 23 не дел к) (е 1-го пз семестр одна рабочие недела - факультативно)

- Работ*, прахтися ( 37 недель)

• Экаам. сессия к, «щита выпускной работы (диплома) (41 недела)

- Каникулы ( 41 неделя)

Рис. 14. Расписание учебных занятий для групп целевой подготовки, обучающихся по специальности «ракетостроение» после окончания школ и ПТУ

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ известных способов получения утолщений на кромках отверстий и концевых участках листового материала, используемых в качестве тепловыл силовых компенсаторов разъемных и неразъемных соединений, показывает, 1 наиболее перспективным является использование тонкостенных заготовок, 1 утолщение получают путем пластического деформирования. Однако технология не нашла широкого применения в силу недостаточной изученное™ неэффективности известных способов и устройств получения утолщений.

2. В результате теоретических исследований получены математические мод« процессов утолщения кромок раздачей отверстий и процессов торцевой oca^ кромок листа пуансоном, позволяющие рассчитать основные кинематические силовые параметры процессов. Определены условия потери устойчивое заготовок. Разработаны математические модели утолщения кромок отверстий концевых участков листовых заготовок без потери устойчивости с использовани сил (прижимов), приложенных к их поверхностям.

3. Установлено, что наиболее эффективным способом утолщения кромки отверст является ее раздача с жестким закреплением по периферии. При получен утолщения на кромке листа эффективна осадка пуансоном, при эт неподкрелленная кромка не теряет устойчивость при Но<2,7 при любых Ь Н о>2,7 при К <0,25-0,35.

4. Проведенные экспериментальные исследования показали приемлемое полученных при теоретическом анализе зависимостей, при этом фор утолщенных кромок близка к расчетной, а погрешность в расчете силов] параметров не превышает 20%. Металлографические исследования уголщенш кромок показали отсутствие трещин, расслоений, складок и других дефекте Исследованные процессы способствуют повышению прочности утолщенш кромок, что позволяет на 10-15% уменьшить вес деталей.

5. Разработанные программы и компьютерные модели дают возможное осуществлять моделирование разработанных технологических операций широком диапазоне технологических параметров, что расширяет области поис

оптимальных режимов деформирования и снижает материальные и трудовые затраты на этапе технологической подготовки производства. 6. Разработанные практические рекомендации для целевой подготовки специалистов дадут возможность увеличить долю подготовки по новым информационным технологиям, а также ее практическую направленность.

В конечном итоге результаты проведенных исследований и их практическое использование дают возможность повысить качество корпусных деталей ракетно-космической техники.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Караченков Е.М. Утолщение кромок отверстий в листовом материале. Методические указания к лабораторной работе. М., МАТИ, 1997, 24 с.

2. Медведев A.A., Караченков Е.М. Изготовление цельноштампованных деталей переменного сечения в производстве летательных аппаратов. М., Изд-во МАТИ, 1999, 50 с.

3. Листовая штамповка. Расчет технологических параметров. Справочник. Под ред. Ершова В.И. и Чумадина A.C. // Ершов В.И., Попов О.В., Чумадин A.C., Караченков Е.М. и др. М., Изд-во МАИ, 1999, 514 с.

4. Караченков Е.М. Моделирование процесса раздачи отверстия в листовой заготовке. М„ Труды МАТИ, 1999.

5. Караченков Е.М. Потеря устойчивости при раздаче отверстия в листовой заготовке. М„ Труды МАТИ, 1999.

Подписано в печать 14.02.2000 г. Объем 1.0 пл. Зак.

Тираж 100 экз.

Ротапринт «МАТИ» - РГТУ, г. Москва, Берниковская наб., 14