автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Разработка и внедрение прогрессивных технологий изготовления волочением-прокаткой профилей и гофров повышенной жесткости из листовых авиационных материалов

На правах рукописи

КОЛГАНОВ ИВАН МИХАЙЛОВИЧ

ООЗ165458

РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ПРОГРЕССИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВОЛОЧЕНИЕМ-ПРОКАТКОЙ ПРОФИЛЕЙ И ГОФРОВ ПОВЫШЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ ИЗ ЛИСТОВЫХ АВИАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05 03 05 - Технологии и машины обработки давлением

и 3 МАР 200Й

Самара, 2007

003165458

Работа выполнена в Ульяновском государственном техническом университете и Научно-исследовательском институте авиационной технологии и организации производства (г Комсомольск-на-Амуре)

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Филимонов Вячеслав Иванович Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Михеев Владимир Александрович доктор технических наук, профессор Шеногин Владимир Петрович доктор технических наук, профессор Шитарев Игорь Леонидович Ведущая организация: закрытое акционерное общество «АВИАСТАР-СП»

Защита состоится 21 марта 2008г в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212 215 03, созданном при ГОУ ВПО «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С П Королева» (СГАУ) по адресу 443086, г Самара, Московское шоссе, 34

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СГАУ Автореферат разослан 14 февраля 2008г

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Клочков Ю С

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Настоящий «профильный бум», наблюдаемый в последнее десятилетие в различных областях производства и строительства, в том числе, при создании изделий авиакосмической техники, приводит к необходимости поиска новых материалов и технических решений, обеспечивающих высокое качество выпускаемой продукции при минимальных издержках производства

Совершенствование конструкций летательных аппаратов в значительной степени зависит от выбора материала, рационального сечения и формы их конструктивных элементов, особенно в силовых конструкциях планера

В современных и перспективных летательных аппаратах все более широкое применение находят и будут использоваться материалы повышенной прочности и малой пластичности, деформируемость которых вызывает ряд сложных проблем, а получение из них тонкостенных профилей и гофрированных панелей прессованием является технически трудноразрешимой задачей Применение гнутых листовых профилей и других деталей из листа способствует решению проблемы создания технологичных изделий минимальной массы при заданных прочности и жесткости, но при этом необходимо уменьшить относительный радиус и увеличить толщину материала в зоне сгиба - приблизить геометрию к сечению прессованного профиля, что позволяет обеспечить метод стесненного изгиба (деформирование листовых заготовок в условиях сжато-напряженного состояния материала)

При обычной гибке листовых деталей с минимальным радиусом гтт из низкопластичных материалов возникает ряд технологически трудноразрешимых задач, относящихся к области больших пластических деформаций При этом наблюдается утонение материала по зонам сгиба и возможен разрыв растянутых волокон по выпуклой поверхности По этим причинам для каждого материала установлен минимально допустимый радиус гибки

Изготовление деталей, в частности тонкостенных профилей и гофра, из традиционных и перспективных авиационных материалов с малыми относительными радиусами - важная для авиационного производства народнохозяйственная задача Применение, например, в конструкциях сверхтяжелых широкофюзеляжных самолетов традиционно прессованных профилей не позволяет повысить их ресурс выше 30-35 тысяч часов, что не обеспечивает окупаемость машин при их мелкосерийном производстве Поднять ресурс таких машин до 50-60 тысяч часов можно, прежде всего, за счет применения листовых профилей, ибо их ресурс в 23 раза выше, чем у прессованных

Эффективным способом изготовления профилей и гофров повышенной жесткости и точности размеров из низкопластичных металлов является их формообразование волочением По сравнению с известными процессами стесненного изгиба волочение профилей в роликовых устройствах позволяет увеличить допустимые степени деформации и снизить число переходов, уменьшить опасность закручивания заготовки из-за разных по высоте роликов линейных скоростей,

3

изготовлять из низкопластичных материалов в холодном состоянии профили фасонного сечения, улучшить качество поверхности, значительно снизить трение, обойтись без калибровки с обеспечением высокой точности размеров

Актуальность темы диссертации определяется необходимостью повышения ресурса летательных аппаратов и снижения массы панельных конструкций за счет замены прессованных профилей гнутолистовыми повышенной жесткости, с одновременным повышением их качества и надежности

Работа выполнялась в Ульяновском государственном техническом университете, научно-исследовательском институте авиационной технологии и организации производства (г Комсомольск-на-Амуре) В соответствии с отраслевыми мероприятиями постановки на производство модификации Су-27 и БКС

ЦЕЛЬ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Целью данной работы является разработка научных основ процессов формообразования тонкостенных профилей и гофров из листа в условиях сжато-напряженного состояния материала при волочении-прокатке, снижение массы конструкции планера летательного аппарата с повышением надежности

В работе применен комплексный метод исследований, теоретической и методологической основой которого служили труды отечественных и зарубежных ученых, опыт передовых предприятий по проблемам изготовления профилей из листовых заготовок Теоретические исследования проведены в развитие общей теории стесненного изгиба Экспериментальные исследования выполнены как в лабораториях, так и в производственных условиях, с использованием современной измерительной и вычислительной техники

Определены и решены следующие основные задачи исследований-

1 Разработка, исследование и выбор оптимальных схем формообразования профилей из листовых заготовок различных металлов при волочении и сочетании волочения с прокаткой,

2 Исследование напряженно-деформированного состояния материала при различных схемах формообразования и установление аналитических зависимостей силовых и геометрических параметров зоны сгиба профиля от марки материала,

3 Исследование математических зависимостей процесса волочения-прокатки при деформировании листовых материалов в роликовой фильере при создании аксиального сжатия,

4 Исследование режимов термомеханической обработки и их влияния на качество гнутых профилей из перспективных авиационных материалов,

5 Установление оптимальных параметров гнутых профилей и панелей при минимизации их массы и высокой несущей способности,

6 Установление предельных возможностей процесса деформирования листовых заготовок с обеспечением кондиционности изготовленных профилей,

7 Разработка на базе проведенных теоретических и экспериментальных исследований технологических процессов изготовления тонкостенных профилей и гофров из различных листовых авиационных металлов и оборудования для их

реализации в промышленности с использованием волочения-прокатки в условиях стесненного изгиба,

Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждаются корректностью применения математического аппарата и принятых допущений, хорошей сходимостью теоретических и экспериментальных данных, реализацией разработок в промышленности

Область исследований

1 Объекты авиационно-космической техники,

2 Разработка методов поиска оптимальных конструкторско-технологических решений при изготовлении гнутолистовых профилей и оборудования для их внедрения в конструкцию летательных аппаратов,

3 Установление математических зависимостей параметров процесса волочения-прокатки при изготовлении гнутолистовых профилей

Объект исследований - тонкостенные гнутолистовые профили широкой номенклатуры из конструкционных авиационных материалов и панельные конструкции ЛА с их применением

Предмет исследования - технологии стесненного изгиба при производстве гнутолистовых тонкостенных профилей гибкой-волочением и профилегибоч-ное оборудование для их реализации

Научная новизна. 1 Впервые создан классификатор процессов стесненного изгиба при волочении листовых профилей, в соответствии с которым разработаны и исследованы 18 схем их формообразования

2 Впервые получены при волочении расчетные соотношения для определения параметров зоны сгиба профилей, ширины заготовки, параметров профи-легибочного оборудования и усилия волочения в зависимости от механических свойств металлов и геометрии профилей Построены соответствующие номограммы для их определения

3 Впервые установлены математические зависимости параметров процесса волочения профилей при создании аксиального сжатия

4 Впервые разработаны технологические процессы и опытно-промышленное оборудование с использованием ВТМО для производства тонкостенных профилей из АБМ1

5 Впервые разработаны технологические процессы изготовления при волочении тонкостенных профилей из сплавов 1451, 1430 с использованием НТМО Установлены параметры процесса и профилей для промышленного производства

6 Впервые разработаны и рекомендованы для использования ОКБ и заводами отрасли технологические рекомендации ТР 1 4 1784-87 изготовления профилей из сплава АБМ1 и ТР 1 4 2023-90 из сплава 1451

7 Впервые разработаны научные методики проектирования формующего роликового инструмента, которые используются на ряде предприятий отрасли

8 Впервые проведены исследования сравнительной работоспособности образцов панелей с профилями из алюминиево-литиевых сплавов, изготовленных клепкой, сваркой и клеесваркой

9 Впервые отработаны предельные значения при волочении параметров зоны сгиба, обеспечивающих кондиционность профилей для основных групп авиационных материалов

Автор выносит на защиту:

1 Совокупность теоретических положений и экспериментальной отработки, позволивших решить крупную научно-техническую проблему повышения надежности, ресурса и снижения массы панельных конструкций летательных аппаратов за счет разработки и внедрения новых технических решений и научно-обоснованных технологий формообразования и оптимизации параметров тонколистовых профилей и конструкции панелей

2 Классификатор процессов стесненного изгиба при волочении и сочетании волочения с прокаткой, позволяющий выбрать физическую модель процесса и схему формообразования листовой заготовки в профиль и гофр, установить напряженно-деформированное состояние материала в зоне сгиба,

3 Научные основы процесса волочения-прокатки, как результат теоретического и экспериментального исследования по обеспечению оптимальных соотношений параметров гнутолистовых профилей, изготовленных с их применением панельных конструкций, процессов профилирования и параметров профилеги-бочного оборудования,

4 Новые способы формообразования и технологические процессы изготовления тонкостенных профилей и гофров при холодной и горячей деформациях перспективных авиационных труднодеформируемых материалов стесненным изгибом при волочении и сочетании волочения с прокаткой, научная новизна которых подтверждена А С и патентами

5 Принципиально новые варианты мобильного волочильно-прокатного оборудования, позволяющего изготавливать тонкостенные профили широкой номенклатуры из плоской заготовки при непрерывном профилировании с созданием тангенциального, нормального и аксиального сжатия в очаге деформации и правки профиля растяжением одновременно с возможностью его гибки по радиусу

6 Рекомендации по конструктивно-технологическому совершенствованию летательных аппаратов за счет гнутых профилей минимальной массы и оптимизации параметров панельных конструкций

7 Результаты внедрения разработанных технологий и оборудования в производство

Практическая значимость работы Разработана технология изготовления из чиста профилей панельных конструкций летательных аппаратов швелле-рообразной и корытообразной формы сечения с утолщенной зоной сгиба и радиусами, меньшими исходной толщины, волочением через роликовые устройства в холодном состоянии из высокопрочных нержавеющих сталей, труднодеформируемых алюминиевых и титановых сплавов стесненным изгибом с тангенциальным сжатием и осевым подпором

Разработана технология изготовления при горячей деформации в условиях термомеханической обработки профилей из алюминиево-бериллиевых сплавов

Спроектирована, изготовлена и отработана технологическая оснастка для изготовления гнутолистовых профилей толщиной до 2,0 мм волочением-прокаткой с созданием тангенциального, радиального сжатия и аксиального подпора

Разработана и изготовлена оригинальная волочильно-прокатная установка модели ВПУ-120/7,5, позволяющая изготовлять тонкостенные профили из листовых алюминиевых, титановых сплавов, нержавеющих сталей и других низкопластичных металлов

Разработаны методические материалы по проектированию и изготовлению формующего инструмента Разработана нормативная научно-техническая документация по изготовлению профилей и деталей из алюминиево-литиевых и бе-риллиевых сплавов, методики и номограммы расчета ширины заготовки, рекомендации по установлению параметров зоны сгиба профилей и панельных конструкций с их применением Разработанные технологические процессы и оборудование повышают коэффициент использования материала до 0,96-0,97, точность размеров профилей по сечению на 2-3 квалитета , снижают трудоемкость в 10-12 раз по сравнению с их изготовлением в штампах при горячей деформации, повышают в 5-6 раз производительность

Полученные профили имеют повышенную на 25-30% жесткость по сравнению с изготовленными методами обычной гибки за счет локального утолщения по зонам сгиба ;_/= 1,25-1,30 для алюминиевых сплавов и нержавеющих сталей, (/=1,12-1,20 для титановых сплавов при холодной деформации и бериллиевых сплавов до (/=1,4-1,65 при горячей деформации

Реализация результатов работы Результаты диссертационной работы реализованы в технологических процессах изготовления длинномерных профилей повышенной жесткости при отработке серийной технологии изготовления на КнААПО самолетов СУ-27 и его модификаций с использованием специализированного оборудования ВПУ-120/7,5, на ОАО НПО «Молния» при отработке технологии изготовления БКС с использованием специализированного оборудования ГПС-200 и ВПУ-170, при изготовлении опытно-промышленной партии профилей из алюминиево-бериллиевых сплавов АБМ1 и АБМ4, алюминиево-литиевых сплавов марки 1451, 1441 и 1430, при изготовлении тонкостенных профилей широкой номенклатуры из различных металлов на ОАО «Ульяновский НИАТ»

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались с 1981 года по 2006 год более, чем на тридцати всесоюзных, российских и международных конференциях, Гагаринских и Королевских чтениях, симпозиумах и семинарах, на научно-технических конференциях и советах институтов, университетов, предприятий и организаций в городах Комсомольск-на-Амуре, Тольятти, Ленинграде, Москве, Самаре, Пензе, Ульяновске, в том числе секции «Заготовительное и металлургическое производство» ВИМИ (Москва, 1982), всесоюзном совещании «Состояние и перспективы изготовления и применения листовых профилей в изделиях отрасли» (Ульяновск, 1992), на республиканской НПК «Технологические проблемы производства летательных аппаратов

и двигателей» (Казань, 1993), на второй, третьей, четвертой, пятой научно-практических конференциях «Современные технологии в машиностроении» (Пенза, 1999, 2000, 2001, 2002), на третьей международной НПК «Экономика природопользования и природоохраны - 2000» (Пенза, 2000) и др

Публикации По материалам диссертации опубликовано более 140 печатных работ, из них одна монография, девять отчетов по НИОКР, четыре НТД (РТМ, ТР, ММ), 59 статей, 46 тезисов докладов, получено 33 авторских свидетельств и патентов на изобретения

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка 222 наименований и приложений Изложена на 267 страницах машинописного текста, содержит 99 рисунков, 25 таблиц и приложения на 54 страницах

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы, определены объект и направление исследований, область применения, дана краткая характеристика работы

Первая глава имеет обзорный характер В ней проведен анализ современного состояния вопроса изготовления тонкостенных профилей и гофра и панельных конструкций планера летательных аппаратов с использованием различных материалов и способов гибки для их формоизменения Рассмотрены проблемы получения профилей из листа с малыми относительными радиусами по зонам сгиба Показано, что панель, подкрепленная профилями и гофром, изготовленными из листа, может иметь работоспособность, соизмеримую с фрезерованными панелями и использующими сотовый заполнитель, если они имеют внутренний относительный радиус эквивалентно толщине исходной заготовки и утолщение материала по зонам сгиба

Развитие авиационно-космической техники связано со все более широким внедрением листовых материалов из высокопрочных сталей, алюминиевых и титановых сплавов, сплавов на основе бериллия, с использованием лития и композиционных материалов Это вызывает необходимость применения тонкостенных конструкций в основных силовых узлах и агрегатах, получение которых требует замены традиционно сложившейся технологии и оборудования Изготовление тонкостенных профилей из листа становится в большинстве случаев единственным методом Чтобы приблизить несущие способности листовых профилей к прессованным, их необходимо изготовлять с малыми относительными радиусами и утопщением материала по зонам сгиба Такие возможности обеспечивает метод ч^сп^ниого изгиба, по котором) шоку листовых заготовок производят с созданием в очаге деформации условий, приближенных к трехосному сжатию, что позволяет повысить пластические свойства материала и вести формообразование профилей из труднодеформируемых материалов в холодном состоянии

Показано, что изготовление тонкостенных профилей из листа низкопластичных металлов гибкой-волочением и при сочетании волочения с прокаткой в

наибольшей степени позволяет решать проблемы, стоящие перед конструкторами ОКБ и производственниками при создании новых летательных аппаратов

В основе теории стесненного изгиба лежат положения классической теории пластического изгиба Исследованию напряженно-деформированного состояния при обычной гибке посвящены работы М Е Зубцова, А А Ильюшина, Е П Унксова, Е Н Мошнина, И П Ренне, А Надаи, М В Сторожева, М И Лысо-ва, К Н Богоявленского и др Теоретические положения строятся на гипотезе плоских сечений

Для условий стесненного изгиба гипотеза плоских сечений оказывается неправомерной Поэтому основные теоретические положения стесненного изгиба строятся на базе гипотезы ортогональных волокон, согласно которой продольные и поперечные линии в очаге деформации остаются ортогональными после деформации

В определенной степени проблемы стесненного изгиба, как в теоретическом так и в экспериментальном плане, исследовались в работах Г В Проскурякова, как создателя метода стесненного изгиба, В И Ершова, Ю М Арышенско-го, И И Калужского, Ф В Гречникова, И Л Шитарева, В А Костышева, И А Кисиленко, Н И Гурченкова и других, однако в них не рассматриваются процессы изготовления профилей и гофров гибкой-волочением

Всесторонний анализ теоретических и экспериментальных исследований процессов формообразования из листа профилей и гофров в условиях стесненного изгиба показал, что имеющихся материалов совершенно недостаточно для разработки процесса их получения гибкой-волочением и при сочетании волочения с прокаткой

На основании проведенного в главе анализа установлена актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, изложенные в разделе автореферата «Общая характеристика работы»

Во второй главе приведены теоретические исследования стесненного изгиба при волочении Теоретическими исследованиями следует выявить особенности при волочении напряженно-деформированного состояния в очаге деформации, определить геометрические параметры зоны сгиба, характер действия внутренних силовых факторов и потребного усилия волочения в зависимости от механических свойств материала и геометрии профиля

Разработан классификатор возможных технологических процессов в зависимости от величины, направления и закона приложения дополнительных сжимающих усилий, обеспечивающих стесненный изгиб (рис 1) Представленные в классификаторе процессы стесненного изгиба при волочении листовых профилей описываются 36 схемами

Рис. 1. Классификатор процессов стесненного изгиба профилей при волочении

Регулируя величину Ра можно уменьшить потребное усилие волочения Рв и добиться оптимального влияния аксиальных напряжений аи для обеспечения калибровки профиля. Сочетая дополнительные усилия сжатия на отдельных переходах формоизменения деформируемой заготовки с приложением растягивающих усилий (схемы 1-4а, И-46 и т.п.), возможно создать технологические процессы одновременного деформирования с предельными степенями и правки в одном формующем инструменте.

Для определения геометрических параметров зоны сгиба, выбрав декарто-ву систему координат у, х (рис. 2), воспользуемся уравнением, полученным из условия постоянства объема и геометрическими соотношениями. Наиболее обшей схемой для прстгтппленных в классификаторе процессов является 1-1 а, соот-

■ ;............ л . . . „¡¡пя пр^ ; ::ля из

готовки с приложением изгибающего момента и непрерывно скользящего сжимающего усилия, равномерно распределенного по требного при формообразовании швеллерообразного профиля.

При этом приняты допущения

материал идеально-пластичный, ортотропный,

в зоне сгиба принята схема плоской деформации В процессе гибки наружное волокно только растягивается, внутреннее - только сжимается,

при формообразовании уголковой зоны используется гипотеза ортогональных линий Продольные линии ширины листа и нормальные к ним остаются ортогональными и после деформации Ортогональная сетка продольных и поперечных линий совпадает с направлением главных деформаций и напряжений и главных осей анизотропии в каждой точке деформированной области,

продольное волокно зоны сгиба после деформации состоит из дуги окружности и двух примыкающих к ней прямых участков, параллельных недеформиро-ванным полкам

Тогда геометрия зоны сгиба будет описываться уравнением

77 соъсрИ - 1 - (Лн ~гв)(1 -соъсрИ) , (1)

а ширина заготовки корытообразного профиля (рис 3)

В3=2(В + /г tg(pl2-s0 Д/), (2)

где А/ = 2[(Д^ -?1)^(р12-<р1Т) + ^(рП\, к = Н-¿0, 1] = — - утолщение по биссектрисе угла зоны сгиба,

- исходная толщина заготовки, 5 — толщина после деформации,

Гк =-

- Ян

Кн =--внутренний и наружный относительные радиусы зоны сгиба,

(р - угол гибки, 1В - ширина профиля, //-его высота

2 с

1

ь к —-—4 26

Рис 3 Геометрические параметры расчета ширины заготовки профилей а - швеллерного, б — корытообразного

С учетом принятых допущений, геометрии профиля фильеры в зоне формообразования угла, положений теории пластичности, из условия равенства работы внешних и внутренних сил при протягивании ленты на величину длины инструментальной фильеры Ь (зоны плавного перехода) получены значения усилий

а) формообразования угла

П 2 2 ✓ 1 , 1 + к " Стг "<3)

б) деформирования полки профиля при ее ширине Ь0

^ 1 Х ' 1й ¿„П 1

Ц =2егт 50 Ь0

в) на преодоление трения стенки по инструменту

с 2 А,

г) на преодоление трения наружной боковой поверхности полки

12

(4)

1+-

1п(1 + /Л) ,1+.

К

2 Л, /

д) на преодоление трения торца полки по инструменту

Рт - 2МК -^—уг- (1,086-0,785/,)

Общее усилие волочения, как сумма (3), (4), (5), (6), (7)

/ [, 1 1П0 + Д) 1 1

+ лМ. <-— 1+— I ■ ■ л +-+-—

2 Л /

(6)

(7)

(8)

где <7! - предел текучести материала, , Кн ~ гв Г! л Ь0

к = -, Я = -=-—, — — — - геометрические параметры зоны

В-н+гв Кн~гв 2 1

сгиба фильеры, Мк - единичный изгибающий момент на биссектрисе угла, / /, - коэффициенты трения соответственно по поверхности и торцу

При анализе влияния различных факторов на величину потребного усилия волочения установлено

наиболее значительными являются усилия, потребные для деформирования полки и преодоления трения торца, которые уменьшаются с ростом длины фильеры Ь, интенсивность роста Рв растет с увеличением г] и/

усилие волочения значительно возрастает при ¿<16-20 мм и при 7Г

Ь < — Ь0 /\ невозможна деформация полки без разрушения,

формообразование профилей необходимо вести при замене трения скольжения на трение качения

Данные выводы представлены на рис 4 а,б графическими зависимостями, Рв - /(?],/), при коэффициенте трения / = 0,3 и /(/,) для конкретных условий и подтверждены результатами эксперимента

На примере формообразования швеллерного профиля исследован процесс его волочения в роликовой фильере, рассматривая при этом осадку усилием Рос (рис 5)

Рис. 4. Графические зависимости усилия волочения швеллерообразного профиля

от параметров процесса: а - относительного усилия р~ _ при

Ф

4л-

ф _ __. а^ . ^ . , о - значение действующих усилии

А-А

Л

Рис. 5. Формообразование швеллерного профиля в роликовой фильере

При Г] — 1,0 , что соответствует процессу гибки без утонения материала по зонам сгиба и создает при волочении условия, близкие объемному сжатию, получено усилие осадки

Р = —

°С

' 1 1п1±* 1 - к

1 -

1 , 1 + к

— 1п-

к 1 - к

(9)

где

1 + 2 7,

В роликовой фильере контактные напряжения меньше, чем в инструментальной, вследствие чего качество поверхности изготовленных профилей выше Имеется возможность выравнивать напряжения по сечению профиля за счет аксиальной составляющей усилия волочения Формула для определения усилия волочения профиля типа швеллер в роликовой фильере будет выглядеть следующим образом

1 1+А- ,

— 1п--1

к 1 -к

+4стт 5„ \ -2ат 5„ ^ +-4 с5- гь-

(100

+ Ч" 5«

-Щ

- 5»

Л- 5„

^ ЯП1

а+5.'

где ОС - угол захвата листовой заготовки вращающейся роликовой парой, (рг -

текущий угол гибки

Изготовление корытообразного профиля прокаткой-волочением можно представить в виде сочетания обычной гибки (1-2 переходы) с осадкой на малый относительный радиус (3-й переход) Тогда

Рв = 7з °т 1]1

1.1 + к .

— 1п--1

к I — к

+ 4ат 50 Ьп - 2<тт 50 Ьп + Я2

--1п(А, + л/Г-кЛ^) ат Ьп +4сг7 --2сг

Я, БИКр

Н

ЭНКр,

м-

(П)

2 /--Н 1

- —1п(Я,+л/1 + Я^) ат -+ - ат 502

Я, бш^, 4

4

+ -Л? ат 50

Н

д/2/г — .Ур

^/Л2 51П2а + ^02,

где - ширина полки корытообразного профиля, Я,, А1 - характеризует геометрию профиля, Я - высота профиля

Формулы для определения усилий волочения справедливы при величине

зазора в роликах h = S0 или несколько большем, что соответствует реальным

условиям деформирования листовой заготовки при волочении в условиях стесненного изгиба.

Используя расчеты формул (10) и (11) в Microsoft Excel построены графики зависимостей полного усилия волочения Рв различных видов профилей от толщины используемого материала s0 при <т7=500 МПа; г\= 1,1; b0=bn=H=2Q мм; / = 0,3 ; (р, = 90° (рис. 6), что соответствует реальным условиям деформирования

титановых и алюминиево-литиевых сплавов на разработанных установках типа ВПУ-120/7,5, ВПУ-150/7,0, экспериментальной установке ВПУ-170 на базе воло-

Рис. 6. Графические зависимости усилий волочения Рв от толщины материала 50 : а - корытообразного; б - швеллерного; в - швеллерного (экспериментальные

данные)

В третьей главе приводятся результаты экспериментальных исследований по установлению основных технологических параметров изготовления профилей гибкой-волочением. В связи с выполнением работы в разных производственных условиях и лабораториях, эксперименты проводились с широкой номенклатурой профилей и материалов. Исследуемые профили сгруппированы и представлены в таблице 1. Для выполнения поставленных задач использовалось как производственное оборудование предприятий, так и разработанное специализированное оборудование с изготовлением большого количества формующей оснастки. Роликовая оснастка, обеспечивающая их работу представлена на рис.7. Для сравнения полученных аналитических зависимостей и результатов экспериментов были изготовлены инструментальная фильера длиной ¿,,=90 мм, соответственно под-

гибке на 1 град на длине 1 мм (рис 8а), и трехпарнороликовая фильера (рис 86), позволяющая вести настройку на толщину 0,5-2,5 мм

Таблица 1 Параметры исследуемых профилей из листовых заготовок

различных материалов

№ гр Параметры-профилей Материал So 2 В 2 с Я а, гра д ъ h гв Rh

А 1451, 1430, 1460, ВТ1.Д16, АМгб, ВНС-2, 20Х13Н4 Г9, АБМ-1, ВТ16 0,52,0 4096 1040 1050 25-0 1022 0,51,2 0,21,8

Б Д16, 1451, 1430, 1460 1,22,5 3680 2040 1850 1222 46 0,8- 1=6 0,51,6

В %d Д16,1430, 1451, 1460 1,22,0 3045 2050 1025 46 0,81,5 0,51,5

Г ад Д16, АМгб, ВТ1, АБМ4, ОТ4-1, ОТ4 0,81,8 1540 1020 0,51,6 0,51,6

Д Д16, ВТ1, ОТ4-1, ОТ4 0,62,0 1025 0,61,2 0,51,0

Большой запланированный объем экспериментов потребовал разработки целого ряда методик Методикой установлено проведение следующих замеров при экспериментах

параметров профилир>емой заготовки В3, 50, отклонений ¿У?3,Ду0, площади сечения /сеч,

ро.-.о^то-т-лрп кочтура ротикопого инструмента,

зазора между рабочими поверхностями роликов окончательного формообразования при настройке на заданную толщину Л'0 ,

длины участка зоны плавного перехода Ь перед каждой роликовой парой, скорости профилирования и - через время формообразования профиля (по секундомеру),

Рис. 7. Комплекты роликов предварительного и окончательного Формообразования

шшмт

• Щ | щ

Ц'З

тШШШР

ЛвРЛййР в

а б

Рис. 8. Экспериментальные фильеры для оценки аналитических зависимостей: а - инструментальная; б - фильера трехпарнороликовая.

радиальных усилий (волочения) Рв, обеспечивающих прохождение заготовки через формующие ролики;

геометрии сечений профилей: Гв, В.н , толщины по всем элементам профиля .уи, £ (полки, стенки, зоны сгиба и др.);

удлинения профилей А1 , поперечного сечения у/, относительного удлинения 5; ЯиЪ при гибке профиля;

силовых параметров при испытании образцов, вырезанных из разных элементов профиля: усилия разрыва Рр и напряжений ае\ значений Р0,2М

температурных показателей при отработке термомеханических параметров процесса;

структуры материала при разных степенях деформаций, микротвердости //„ и т.д. при проведении металлографических исследований.

Чтобы уменьшить расход материала при исследовании предельных возможностей процесса, заготовки рубились переменной ширины с разницей по концам до 2,0-2,5 мм. Это позволило на заготовке длиной 600-800 мм создавать разные утолщения г| и проводить до 5-6 замеров параметров сечения.

Все результаты исследований заносились в таблицы, а полученные зависимости параметров изображались графически.

Изготовленные профили осматривались визуально, затем производились указанные выше замеры, готовились образцы для испытаний, причем, подбирались профили с малыми, средними и большими значениями коэффициента избытка материала по ширине к=В/Вт. По деформациям координатной сетки производилась оценка деформационного состояния материала по зонам сгиба и длине профиля.

в г

Рис. 9. Схемы формообразования исследуемых профилей из листа: а - в замкнутом рабочем контуре; б - при чередовании приводных и свободно вращающихся роликовых пар; в - при сочетании процессов волочения и прокатки; г - по интенсивной технологии.

Прежде чем проводить отработку параметров технологического процесса и профилей, следовало оптимизировать схемы формообразования для каждой группы приведенных в табл. 1 профилей. На рис. 9 представлены отработанные схемы формообразования в роликовых фильерах при волочении и сочетании волочения с прокаткой.

Результаты проведенных экспериментов представлены графическими зависимостями, например, при формообразовании швеллерного профиля в роликовой фильере (рис. 10а, б, в), при сочетании процессов волочения и прокатки (рис. 11). Для расчета ширины заготовки В3 построена номограмма (рис. 12), в зависимости

от параметров профиля (я0, Я) и угла гибки д>, удобная для условий производства. Для учета запаса материала на аксиальную вытяжку, утолщения полок экспериментально отработаны корректировочные для ^коэффициенты ка, кп(рис. 13а, б).

С учетом ка, кп различие полученной по номограмме В3 и полученных аналитических зависимостей не превышает 5-6%. На этом же рис. 1 Зв приводится взаимосвязь основных параметров формообразования корытообразных профилей. Так данные по определению В3 разняться в пределах 2,5-3,5%.

Ч I

Г 1 1 :.. ! 1/1 ?

1 Х-. г 1 Л г 1 1 ..¡г .1......._Л .4

1 | | .].. ____1

1 т ^ 1 „л ^¡л ' ✓ 1 у \ г ■ Л" \ 1

Г ун [«еСЦ 1 |

уЗрН 1 1 | | 1 ! ...............^

!........

1 ■ (_; 1—ж; г V

\ V к_____ 1 1

ь X ; -- 1 яру 1 1

I ____ 1

Гп Г N 1 1__1

ГТ1 | 1 1

? 1 _____1 1 ||

________1 1 1 ш

ч

и

; 11 \\ Г | 1 —1 I

.......ч V. ЛТЧч _______ ___ 1 1 |

1 X ^ V .. ........... 1 I

- X' XI х ! 1

I ; ; 1 \ а 1 ! 1

ш

Рис. 10. Графические закономерности параметров процесса формообразования швеллерного профиля в роликовой фильере:

а - изменение утолщения ^ = /{^у^ ); б — изменение относительных радиусов = /(^з/ ^ - у, в - взаимосвязь параметров гв, Ян,1]

/ Вт н / Вт

р ш № № Щ

'К, \ Г ч 2 1 1

-> ¡\ / V \ V 6 г 1

\ 4 \\ У 1 5^* |

«уу ' г г ш! 1 ..............1.....1

ТГШ

Рис. 11. Графики зависимости параметров процесса формообразования профилей при сочетании волочения и прокатки

даЫ

лЧ II

45 4« Ш

Рис. 12. Номограмма для определения ширины заготовки в зависимости от параметров профиля В3 = , Н,(р)

Рис. 13. Экспериментальные графики зависимости: а -учитывает аксиальную вытяжку; б - учитывает утолщение полки; 1 - при волочении; 2 - при сочетании волочения с прокаткой; в — взаимосвязь технологических параметров формообразования корытообразных профилей

п /

Графики г = уп )(РИС- 14а) разнятся до 15-18% лишь при малых и

/ "г

больших утолщениях, а при рекомендованных для производства /7 сходимость результатов в пределах 2,5-3,0%. Данные Ян по графику и подсчитанные по

формуле лн -ув+1—'1С05<Р^2 ПрИ ^ = 105 — 1,30 в зависимости от марки

1 - соъсрИ металла имеют сходимость 12-15%.

Сравнение данных по замеру усилий волочения и подсчитанные по формуле (11) при формообразовании корытных профилей в интервале г;, гарантирующих бездефектность зоны сгиба, дает сходимость до 18-20%, а в интервале т] ж г]ипт разница не превышает 6-8%.

Глава четвертая посвящена разработке технологических процессов изготовления гнутых профилей и гофров повышенной жесткости волочением-прокаткой в условиях стесненного изгиба. Ее можно представить как бы двумя самостоятельными частями: процессы изготовления тонкостенных профилей из традиционных авиационных материалов, типовыми представителями которых,

исходя из потребностей производства, выбраны Д16, Титановые сплавы ОТ4-1 и ОТ4, нержавеющие стали 20Х13Н4Г9Н и ВНС-2, и вопросы технологии изготовления профилей из перспективных материалов.

Ы V '.г ~ <= п

- по результатам раскча,

----по результатам эксперимента

В

Рис. 14. Сравнение теоретических и экспериментальных данных процесса волочения профиля из различных материалов: а - по относительному внутреннему

радиусу у - / (^3/ ) ; б - по сравнению относительных радиусов

/ Вт

Ин - У — /(}]); в - по усилию волочения.

Качество изготовляемых профилей, прежде всего, определяется оптимальностью схемы формообразования, что рассмотрено в главе три, и качеством изготовления формующего инструмента, особенно при создании условий стесненного изгиба и калибровке, точность их изготовления должна быть не ниже 6-7 квл, проверяемых на универсальном микроскопе УИМ-23. Порядок проектирования и их изготовления даны в утвержденных методических материалах. Соответственно требованиям к формующему инструменту установлены условия, которым должны удовлетворять изготовляемые в них профили. Гарантировать выполне-

ние установленных к профилям требований можно при раскрое заготовок с точностью вз ± 0,2мм , создании аксиальных растягивающих напряжений при калибровке, превышающих предел текучести материала не менее, чем на 2-3%

Проведенные исследования позволили установить, что для осуществления разработанных технологических процессов необходимо специализированное во-лочильно-прокатное оборудование

Промышленное изготовление профилей при их волочении в роликовых фильерах с использованием протяжных станков было признано нецелесообразным из-за низкой экономичности и невозможности получения профилей неограниченной длины Для опытной отработки технологического процесса была разработана и изготовлена волочильно-прокатная установка модели ВПУ-120/5,5, впоследствии модернизированная в ВПУ-120/7,0 и ВПУ-120/7,5 для промышленного внедрения

Изготовление профилей из перспективных материалов. При отработке промышленной технологии изготовления профилей из алюминиево-бериллиево-магниевых сплавов АБМ1 использовались установленные в результате экспериментов температурно-скоростные режимы процесса со снижением температуры от г=580-600°С в печи скоростного нагрева до 200-220°С в навесной электропечи, установленной на формующем агрегате Результаты всех замеров приводятся в таблицах и отражены графически Для определения деформации наружного волокна зоны сгиба построена номограмма По результатам исследований изданы ТР 1 4 1784-87

Отработка технологии изготовления профилей из алюминиево-литиевых сплавов (1450, 1451, 1420, 1430, 1441, 1460) проводилась с исследованием нескольких режимов низкотемпературной термомеханической обработки (НТМО) из свежезакаленных и отожженных заготовок, а также в исходном состоянии (по сертификату поставки) при разных режимах термической обработки и правки растяжением Причем правка проводилась как после формообразования профиля, так и после повторной закалки в зависимости от марки металла, в пределах остаточной деформации г = А1=14_45о/ Выбранные режимы искусственного

/

старения (ИС) и правки позволили повысить несущую способность изготовленных профилей Так для сплава 1430 при правке растяжением, близкой к оптимальной £=2,5-4,0%, были повышены ае на 60-80 МПа, а при использовании оптимального двухступенчатого режима ИС а„ повышена была на 150-160 МПа При работе на продольный изгиб был рекомендован режим ИС 0=215±5°С, выдержка 1 час, Г2=150±5°С, выдержка 20 часов

В пятой гпве рассматриваются вопросы разработки средств технологического оснащения новых методов изготовления тонкостенных профилей Предлагаются технические условия на изготовление профилей, установлены факторы, определяющие их качественные характеристики, взаимосвязь структуры и технологических факторов

Рис. 15. Специализированное оборудование для изготовления гнутолистовых профилей: а - волочильно-прокатная установка ВПУ-120/7,5; б — гибочно-прокатный станок ГПС-200М6; в - опытно-промышленная прокатно-волочильная

установка

Разработаны технические условия на проектирование специализированного волочильно-прокатного оборудования, технологических процессов и средств их оснащения; приводятся примеры оборудования, разработанного с участием автора или непосредственно под его научным руководством. Волочильно-прокатная установка модели ВПУ-120/7,5 (рис. 15,а), гибочно-прокатный станок ГПС (рис.15,6), обеспечивающая изготовление в холодном состоянии профилей из труднодеформируемых металлов за счет создания осевого подпора при разных линейных скоростях профилирования в рабочих клетях и условий гибки-волочения; опытно-промышленная установка для формообразования профилей из сплавов АБМ1, АБМ4 (рис. 15,в); предусматривается использование разработанного оборудования в составе автоматизированных линий (патенты № 2084634, 2269392). Для изготовления гофров разработан станок СФГ-1 (рис. 16).

Шестая глава посвящена конструктивно-технологическому совершенст-■ ■ ".г* чстп.точ* 11' . .л. - • ,•. " ?т пртг\тст7 ''.'' п■,гх " г ~ м г* т " -тивных материалов.

Если за критерий достаточности прочности конструкции можно принять расчет на разрушающие нагрузки, то для определения достаточного уровня жесткости приходится оценивать целый ряд эксплуатационных факторов, чтобы обеспечить сохранение аэродинамических форм самолета, не нарушить кинематику механических элементов управления навесными агрегатами, источников

возникновения опасных аэроупругих явлений и т.д. Поэтому в нормах жесткости регламентируется значение допустимых деформаций: прогиб утах, углы крутки <Ртах, значение критических скоростей икр> ютах и др.

Ставя задачу по совершенствованию конструкций ЛА за счет применения гнутых профилей и новых материалов необходимо провести оценку их работоспособности. Поэтому все профили из алюминиево-бериллиевых и литиевых сплавов проходили испытания на местную и общую потерю устойчивости (табл. 2). Корытообразные профили из А1-Ы сплавов, например из 1451 превышали по жесткостным характеристикам такие же профили из Д16АТ в среднем на 35-40 %, из сплава 1430Т1 - на 30-35 %. Преимущества профилей из АБМ1 ещё выше за счет разницы в массовой плотности на 18%. Так профили из АБМ1 при длине образца 115 мм имели акр = 422 МПа, а такой же из Д1бчТ1 — акр = 244 МПа.

Рис. 16. Станок формообразования гофров СФГ-1 Оценку работоспособности исследованных профилей дают результаты рис.

18.

При проведении испытаний на продольный изгиб фиксировались усилия продольного сжатия Рсж; усилия, соответствующие местной потери устойчивости стенки, полки и фланцев Ркр мест; усилие общей потери устойчивости Ркр, что позволило построить графические зависимости окр = / элементов профилей из Д16АТ, ОТ4-1, ОТ4 и ВНС-2, как приводится на рис. 17.

Таблица 2 Результаты (обобщенные) механических испытаний на устойчивость

образцов гнутых корытообразных профилей ¿-120 мм и ¿-300 мм ___из различных материалов__

Марка Толщи- Длина Характеристики профиля Примечание

матери- на L, мм во 2, <5, % Окр,

ала su, мм МПа МПа МПа

АБМ1 1,2 115 500 398 - 422 Утолщение //-1,26

Д16Т1 1 2 115 388 293 - 244 /7—1,25

1451Т1 1,65 113 490 462 8,4 388 правка,2,6%, перезакалка

1,65 292 493 458 8,8 245 -"- 4,8%

1451Т1 1,67 113 515 472 8,4 398 без перезакалки, правка 1,1%

U 1,65 120 530 490 8,3 393 -"-1,8%

I451TI 1,64 112 492 453 9,5 442 из отожж за-гот правка

1451Т1 1,62 113 489 456 9,2 423 2,6%

1451Т1 1,62 292 487 457 9,2 201 -"- 2,3

1451Т1 1,64 292 493 452 9,2 241 -"- 2,6

Д16АТ 1,69 293 - - - 165 ЕС,правка 1,5%

1,69 291 - - - 188 -"- 2,8%

1,82 120 - - - 273 -"- 3,9%

1,86 120 - - - 265 -"- 3,4%

1,67 292 - - - 156 -"- 3,2%

1430Т1 1,86 130 463 382 12,3 321 правка 2,2%

1,77 124 494 448 8 9 355 без перезак -"1,8%

1,09 113 479 419 11,3 338 перезакалка правка 2,8%

1,74 297 485 411 10,2 209 -"- 4,6%

1460Т1 1,68 120 480 450 8,2 368 без перезак -"2,8%

1460Т1 1,66 120 490 450 8,9 361 -"-1,8%

При отработке технологии испытаний экспериментальных панелей была получена опытно-промышленная партия профитей из 1451, 1430, Д1 б и амери-

о Li, 6013 , ii.i\ Зьпи изготовлены iu.h^ ш клепаной, сварной и клеесварной конструкции Работоспособность таких панелей предоставлена диаграммами рис 19

СкдМПо

—

\ N

\ и к«

\\ N

\

\\ 1 N ' \ \

Л

\ Л\

\\

• ч,

ю га ¡а '<о $в ^ 7а

а

600 400

<--

ы V

\ ч

I -Л

К \ V

А \

\1 'Л

й ч; \

ч\

А

% 1С?«« ЛЯ !

|

5 111 15 2И 25 зе 35 и <<$

Рис. 1 7. Графические зависимости акр элементов профилей из ОТ4-1 (а), ВНС-2 (б)

При этом отрабатывались режимы сварки и клеесварки А1-Ы сплавов, что также исследовалось впервые, было изготовлено по 10-14 образцов-свидетелей каждой марки материала. Разброс полученных результатов в среднем не превышал 5-8%. что дает основания для конструктивно-технологического совершенствования ЛА за счет алюминиево-литиевых сплавов.

Результаты испытаний панелей на устойчивость показывают, что клепаные конструкции необходимо заменять клеесварными. Средние значения критических напряжений панели тех же размеров клепаной конструкции с обшивкой из Д16АТ и стрингерами из сплава 1430Т1 составили 176,5 МПа, из сплава 1430Т1-189 МПа, из сплава 1451-245 МПа. Средние значения критических напряжений клеесварных панелей для сплава 1430 оказались равными 229 МПа, или на 26,5 % выше, из сплава 1451-317МПа или на 29,4 % выше, чем у клепаных.

Таким образом, повышение прочностных характеристик клеесварных панелей из алюминиево-литиевых сплавов в среднем на 25% позволит уменьшить расчетные сечения обшивки и стрингеров, что дополнительно снизит массу аэрокосмических аппаратов.

В работе приводятся результаты испытаний на устойчивость панелей с профилями из АБМ из типовых авиационных материалов, даны рекомендации по их оптимальным параметрам.

Приводится технико-экономическая эффективность использования результатов работы, пути дальнейшего развития и соответствующие выводы.

Шраме 1ры иссясдонятшл трытобрамт профилей

А Г

Р^у.И, ОГШ ЖЦЫМННЙ /'.*

ярсфм.п-/ !У/\гы и»¿Атли Ы?:.

ыттшкДйОЯ перггтнчнмг 1'М

¿>фл!;о£ мриш^шшх профилей

Технологические маршруты: 1 - Тез - Ф - Пр - С4 2-Тсз-Ф-Пр-С,

3 - Тез - Ф — Тез - Пр — С4

4 - Тез - Ф - тес - Тез

5 - Тез - Ф - тес — Тез

Рис. 18. Исследованные профили, изготовленные при разных режимах НТМО,(а) и результаты их испытаний на устойчивость (б, в)

Оценка работоспособности панельных конструкций, изготовленных по различным технологиям

„МПа

а.-.

И:;;

ш

Спг.эв 1430 Т'

Сжае 1420 Т1

ксвСИЗ СЙ01ШШ етШПШШ)

Рис. 19.

29

Заключение. Анализ конструкций основных агрегатов планера летательных аппаратов выявил наличие значительной номенклатуры тонкостенных профилей, гофров и тонколистовых деталей, выполненных гибкой Из-за утонения металла и больших относительных радиусов по зонам сгиба их жесткостные характеристики не позволяют полностью использовать механические свойства металла Для повышения жесткости деталей, гнутых из листа, необходимо вести гибку на малые относительные радиусы, обеспечивая сечение зоны сгиба эквивалентно прессованному профилю

Решить данную задачу позволяет метод стесненного изгиба, когда гибку ведут в условиях сжато-напряженного состояния металла в очаге деформаций с обеспечением локального утолщения деталей по зонам сгиба

В работе рассматриваются пути изготовления тонкостенных профилей и гофров при гибке-волочении, исследуются математические зависимости параметров процесса формообразования листовых заготовок из традиционных и перспективных металлов в профиль Проводится экспериментальная отработка технологических процессов изготовления профилей и гофров Разработаны технологии их промышленного изготовления и оборудование для реализации рекомендованных методов, приводятся результаты использования проведенных исследований в промышленности

Основные результаты и выводы по работе

1 Решена научно-техническая проблема изготовления подкрепляющего набора оболочковых конструкций летательных аппаратов при волочении и сочетании волочения с прокаткой в условиях стесненного изгиба, доказаны преимущества данного метода по сравнению с существующими Разработан классификатор процессов, позволяющий выбрать физическую модель и схему формообразования листовой заготовки в профиль и гофр, установить напряженно-деформированное состояние металла в зоне сгиба

2 Выбрана в соответствии с классификатором для теоретических исследований обобщенная модель процесса, которая позволила получить из условия равенства работы внутренних и внешних сил уравнения для определения потребного усилия волочения при формообразовании гнутых профилей в зависимости от механических свойств материала, параметров процесса и геометрии профиля Получены аналитические зависимости создания аксиального сжатия с учетом схемы формообразования и величины зазора в формующем роликовом инструменте, что дает возможность определить настроечные параметры оборудования

3 В соответствии с разработанной методикой проведен комплекс экспериментов по отработке параметров технологического процесса при холодной и горячей деформациях, построены графические их зависимости Установлены предельные возможности процесса формообразования, рекомендованы для промышленного изготовления профилей внутренние относительные радиусы по зонам сгиба (0,5-1,2) исходной толщины, утолщения ц =1,20-1,35 для пластичных и /7=1,09-1,25 для низкопластичных металлов в зависимости от механических

свойств исходной заготовки Сходимость данных экспериментов и аналитических зависимостей в пределах до 15-20 %

4 Построена номограмма для определения ширины исходной заготовки В3 при различных углах гибки, толщине высоте профиля Я до 30 мм Экспериментально отработаны коэффициенты корректировки В3 для учета аксиальной вытяжки и утолщения полки профиля, зависящие от механических свойств деформируемого металла

5 Разработана методика проектирования и изготовления формирующего роликового инструмента Изданы ММ 1 4 1951-89 , используемые на предприятиях, занимающихся изготовлением профилей из листовых заготовок

6 Экспериментально отработан новый технологический процесс изготовления волочением и при сочетании волочения с прокаткой в роликовых устройствах профилей из труднодеформируемых алюминиевых, в том числе литиевых и бериллиевых, титановых сплавов и нержавеющих сталей, при холодной и горячей деформациях с использованием термомеханической обработки Качество профилей установлено при металлографических исследованиях с обеспечением точности по 8-10 квал

7 Отработаны и рекомендованы для промышленного производства технологические процессы изготовления волочением тонкостенных профилей из алю-миниево-литиевых сплавов 1451, 1430, алюминиево-бериллиевых из сплава АБМ1 Для их использования утверждены технологические рекомендации ТР 1 4-2023-90 и 1 4 1784-87

8 Исследованием микротвердости холодноволоченных профилей установлено повышение их прочности на 9,5-20% в зависимости от марки материала без снижения пластичности

9 Сравнительные механические испытания профилей и образцов панелей на местную и общую потерю устойчивости подтвердили, что за счет повышения жесткости и прочности полученные волочением при стесненном изгибе профили позволяют снизить массу панельных конструкций летательных аппаратов на 1012%

10 Разработана, изготовлена и внедрена в промышленность оригинальная волочильно-прокатная установка ВПУ-120/7,5, обеспечивающая изготовление в холодном состоянии тонкостенных профилей авиационных конструкций волочением, прокаткой и при сочетании данных процессов с созданием одновременно тангенциальных, нормальных и аксиальных сжимающих усилий, калибровки растяжением и гибки готового профиля по радиусу

11 На базе промышленного волочильного стана ЦС-28 разработана конструкция опытно-промышленной установки для изготовления профилей из алюми-ниево-бериллиевых сплавов в условиях горячей деформации с использованием термомеханической обработки

12 Разработана автоматизированная линия изготовления тонкостенных профилей широкой номенклатуры из различных труднодеформируемых авиационных материалов

13 Результаты работы внедрены на Комсомольском-на-Амуре авиационном производственном объединении им Ю А Гагарина, НПО «Молния», ОАО «Ульяновский НИАТ» и др, с экономическим эффектом в прежнем исчислении более 1,0 млн рублей

Основные результаты диссертации опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных вышей аттестационной комиссией.

1 Колганов И М Проскуряков Г В Колганов В И Формообразование листовых профилей повышенной жесткости при волочении // Кузнечно-штамповочное производство, 1982, № 5 - С 21-23

2 Колганов И М Проскуряков Г В Формообразование листовых профилей стесненным изгибом при сочетании процессов волочения и прокатки // Авиационная промышленность, 1983, № 1, - С 40-41

3 Колганов И М Изготовление панелей с гнутыми профилями из перспективных алюминиевых сплавов /ИМ Колганов, А С Башилов, Б В Богданов // Авиационная промышленность, 1994, № 9-10 - С 3-5

4 Патент № 20427 35 РФ МКИ, С 22 И/04 Способ термомеханической обработки листовых алюминиевых сплавов /ИМ Колганов, А С Москвин, М П Федорченко Опубл Б И , 1995, № 24

5 Патент № 2083306, РФ МКИ В 21 Б 26/12, В 21 3 9/06 Электрогидравлический вибратор ударного действия /ИМ Колганов, И Н Сорокин, М Ю Савин, В В Стец Опубл Б И , 1997, № 19

6 Колганов И М Повышение несущей способности панельных конструкций ЛА с профилями, гнутыми из листа / И М Колганов, Н А Щавлева, С В Филимонов // Авиационная промышленность, 1999, № 3 -С 9-12

7 Колганов И М Повышение конкурентоспособности отечественной авиатехники путем внедрения алюминиево-литиевых сплавов и рационального выбора ТМО /ИМ Колганов, П Ю Пакшин, А С Башилов // Авиационная промышленность, 2001, № 1 -С 11-14

8 Колганов И М Исследование математических зависимостей параметров процесса стесненного изгиба при профилировании тонколистовых заготовок / И М Колганов, П Н Куприн, П Ю Пакшин // Изв вузов Авиационная техника -Казань КГТУ, 2003, №2 -С 51-54

9 Колганов И М , Куприн П Н Оптимизация основных параметров гибоч-но-прокатных станков // Авиационная промышленность, 2003, № 3 - С 53-55

10 Колганов И М , Тюнькин А В Анализ напряженно-деформированного состояния заготовки методом конечных элементов при формировании гнутоли-стового профиля стесненным изгибом // Авиационная промышленность, 2004, № 1 -С 34-37

11 Колганов И М Влияние кривизны бурта формующего роликового инструмента на качество профиля /ИМ Колганов, К В Турундаев, М В Илюшкин // Авиационная промышленность, 2005, № 3 - С 35-37

12 Колганов И М Исследование процесса стесненного изгиба при профилировании тонколистовых заготовок /И М Колганов, П Н Куприн, П Ю Пакшин // Изв вузов Авиационная техника - Казань КГТУ, 2005, № 3 - С 55-58

13 Колганов И М , Пакшин П Ю Исследование силовых факторов формообразования гнутолистовых профилей в роликовом стане // Изв вузов Авиационная техника -Казань КГТУ, 2006, № 2 - С 48-51

14 Абаськин А Г, Колганов ИМ Проект самолета-автомобиля на базе сквозного курсового проектирования с использованием разрабатываемых изобретений // Известия Самарского научного центра РАН Т 1 - Самара 2007 - С 711

15 Колганов И М Направления интенсификации процесса изготовления тонкостенных профилей и повышение качества летательных аппаратов / Сборник статей "50 лет содружества науки УлГТУ и машиностроения" //Известия Самарского научного центра РАН ТЗ -Самара 2007 - С 132-140

в других изданиях-

16 Колганов И М Процессы стесненного изгиба при различных методах формообразования (монография) - Ульяновск УлГТУ, 2001 - 108 с

17 Колганов И М , Проскуряков Г В Теоретические исследования процесса формооброзования профилей стесненным изгибом при волочении - Тольятти, 1979 - 16 с/ Рукопись предоставлена Тольяттинским политехническим институтом Деп рук В ВИНИТИ 15 февраля 1979, Д № 1093-79

18 Колганов И М Проскуряков Г В Исследование процесса формообразования профилей стесненным изгибом в инструментальном фильере - Тольятти, 1979 - 9 с/ Рукопись предоставлена Тольяттинским политехническим институтом Деп рук в ВИНИТИ, 15 февраля 1979, Д№ 1096-79

19 Колганов И М Классификация процессов стесненного изгиба при волочении листовых профилей -Комсомольск-на-Амуре, 1982 - 7 с / Рукопись предоставлена Новосибирским филиалом научно-исследовательского института технологии и организации производства (НИАТ) Деп рук ЦНТИ «Волна», 15 ноября 1982, Д№ 05350

20 Колганов И М Изменение механических свойств в металле при формообразовании листовых профилей стесненным изгибом в роликовых фильерах -Новосибирск, 1983 - 17 с/ Рукопись предоставлена Новосибирским филиалом научно-исследовательского института технологии и организации производства (НИАТ) Деп рук в ЦНТИ «Волна» 28 апреля 1983, Д № 05629

21 А с 1114482 СССР МКИ В 21Д 5/06 Способ изготовления гнутых профилей и устройство для его осуществления /ИМ Колганов, С И Беляуш -Опубл БИ, 1984,№35

22 А с № 207622 СССР МКИ В 21Д 5/06 Способ формообразования листовых профилей и устройство, реализующее его /ИМ Колганов, Б В Богданов, Г В Проскуряков и др

23 Колганов И М Исследование процесса волочения тонкостенных профилей из листа в условиях стесненного изгиба // Кузнечно-штамповочное производство, 1985, №6 - С 29-31

24 Ас № 1172628 СССР МКИ В21 Д 5/06 Способ изготовления профильных деталей /ИМ Колганов, Г В Проскуряков, В И Колганов - Опубл БИ, 1985, №30

25 А с № 1207557 Устройство для изготовления гнутых листовых профилей /ИМ Колганов, СИ Беляуш, В И Колганов - Опубл Б И, 1986, №4

26 Ас № 1215792, МКИ В21 Д5/06 Изготовление тонкостенных профилей и устройство для его осуществления /ИМ Колганов, Г В Проскуряков, В И Колганов - Опубл Б И , 1986, № 9

27 А с № 1248690 МКИ В 21 Д5/06 Способ изготовления листовых деталей с отбортовками /ИМ Колганов, Г В Проскуряков, В И Филимонов и др -Опубл Б И , 1986, №29

28 Колганов И М О достижениях и перспективах развития стесненного изгиба // Сб Состояние и перспективы изготовления и применения листовых профилей в изделиях отрасли -М НИАТ, 1992 - С 5-10

29 Колганов И М, Богданов Б В О возможности использования в конструкциях изделий алюминиево-литиевых сплавов // Вопросы авиационной науки и техники Сер Авиационная технология, выпуск 1 (22), 1992 - С 9-12

30 Изготовление профилей повышенной жесткости из листов сплава 1451 / И М Колганов, Н И Колобнев, С В Самохвалов и др // Авиационная промышленность, 1992, 8 - С 3-5

31 Технологические возможности применения алюминиево-литиевого сплава 1430 для изготовления гнутых профилей /ИМ Колганов, Н И Колобнев, В А Марковцев и др // Авиационная промышленность, 1992, № 10 -С 3-5

32 Интенсификация процессов формообразования гнутых профилей из труднодеформируемых алюминиевых сплавов /ИМ Колганов, В А Марковцев, АС Москвин //Тезисы докладов НТК - Пенза ПДНТЗ, 1992 - С 51-53

33 Ас № 1723737 МКИ В 64 С 3/26 Тонкостенная панель летательного аппарата / ИМ Колганов, Г В Проскуряков, А Н Антонов - Опубл БИ, 1992, №9

34 Патент № 2019335 МКИ В 21 Д 5/08 Способ изготовления гнутых профилей из труднодеформируемых алюминиевых сплавов /ИМ Колганов, Б В Богданов, А С Башилов и др - Опубл Б И , 1994, № 17

35 ТР 1 4 2023-90 Изготовление профилей и деталей из листовых заготовок сплава марки 1451 методом стесненного изгиба /ИМ Колганов, Б В Богданов, В И Филимонов, АС Москвин -М НИАТ, 1990 -31 с

36 Колганов И М Изготовление и испытание экспериментальных панелей из алюминиево-литиевых сплавов /ИМ Колганов, А С Башилов, Б В Богданов, МП Федорченко//Авиационная промышленность, 1994, №8 -С 6-8

37 Патент № 2226441 РФ МКИ В21 05/06 Способ изготовления тонкостенных профилей из труднодеформируемых листовых материалов и волочиль-

но-прокатная установка для его реализации /ИМ Колганов, А В Тюнькин, О В Перфильев и др - Опубл Б И , 2004, № 20

38 Патент № 2252095 РФ МКИ В21 D5/06 Клеть профилегибочного стана /ИМ Колганов, А В Тюнькин, Д В Яковлев - Опубл Б И, 2005, №14

39 Патент № 2286860 РФ МКИ В21 D5/06 Устройство для изготовления тонкостенных профилей профилированием плоских заготовок / И М Колганов, С А Солдатов, А А Будников - Опубл Б И 2006, №31

40 Патент № 2269392 РФ МКИ В21 D5/06 Способ изготовления тонкостенных профилей из труднодеформируемых листовых заготовок и автоматизированная линия для его реализации /ИМ Колганов, О В Перфильев, М С Максимов и др - Опубл Б И , 2006, № 4

Колганов Иван Михайлович

РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ПРОГРЕССИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВОЛОЧЕНИЕМ-ПРОКАТКОЙ ПРОФИЛЕЙ И ГОФРОВ ПОВЫШЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ ИЗ ЛИСТОВЫХ АВИАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Подписано в печать 26 12 2007 г Формат 60x84/16 Бумага офсетная Уел п л 2,0 Тираж 100 экз Заказ № 689

Самарский государственный аэрокосмический университет им Академика С П Королева 443086, г Самара, Московское шоссе, 34

Основные обозначения и сокращения, принятые в работе.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СИСТЕМНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОФИЛЕЙ И ГОФРОВ МЕТОДОМ ВОЛОЧЕНИЯ-ПРОКАТКИ ИЗ ЛИСТОВЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРА- 9 ТОВ.

1.1. Применение в конструкциях летательных аппаратов профилей и гофров из 9 листовых материалов.

1.2. Метод стесненного изгиба при изготовлении подкрепляющего набора панель- 21 ных конструкций летательных аппаратов.

1.3. Изготовление профилей гибкой-волочением.

1.4. Анализ работ по теоретическому исследованию стесненного изгиба.

1.5. Постановка задач исследований, пути их решения.

2. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ВОЛОЧЕНИЯ-ПРОКАТКИ ПРИ ДЕФОРМИРОВАНИИ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ В УСЛОВИЯХ СЖАТО- 38 НАПРЯЖННОГО СОСТОЯНИЯ.

2.1. Классификация процессов стесненного изгиба при волочении-прокатке гну- 38 тых из листа профилей.

2.2. Основные допущения, принятые при исследованиях.

2.3. Напряжения и деформации в зоне гиба при процессах формообразования 41 профилей повышенной жесткости волочением-прокаткой.

2.4. Определение геометрических параметров зоны сгиба.

2.5. Определение усилия волочения при формообразовании профиля.

2.6. Исследование процесса формообразования профилей в роликовой фильере.

2.7. Влияние аксиального сжатия при формообразовании профилей волочением- 67 прокаткой.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ И ПРОИЗВОДСТВЕННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОФИЛЕЙ И ГОФРА, МЕТОДОЛОГИЯ ИХ ОПТИМИЗАЦИИ И 73 ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ.

3.1. Параметры исследуемых профилей, их материалы.

3.2. Методика проведения и технологическое обеспечение экспериментальных ис- 73 следований.

3.3. Исследование процесса формообразования профилей в инструментальной 83 фильере.

3.4. Исследования по выбору схем формообразования гнутых тонкостенных про- 85 филей.

3.5. Исследование влияния технологических параметров стесненного изгиба на 93 формообразование зоны сгиба.

3.6. Влияние условий деформирования на основные технологические параметры 112 процесса.

3.7. Математическое планирование эксперимента.

3.8. Предельные возможности и оптимизация параметров гнутых профилей при 121 стесненном изгибе.

3.9. Определение силовых параметров стесненного изгиба тонкостенных профилей 127 при волочении.

3.10. Сопоставление результатов теоретических и экспериментальных исследова- 130 ний.

4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ И ГОФРОВ ПОВЫШЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ ВОЛОЧЕНИЕМ-ПРОКАТКОЙ В УСЛОВИЯХ СТЕСНЕННОГО ИЗГИБА.

4.1. Разработка технологических процессов изготовления тонкостенных профилей из традиционных авиационных материалов.

4.2. Точностные характеристики профилей, изготовленных гибкой-волочением.

4.3. Изготовление гнутых профилей из перспективных материалов.

4.4. Термомеханическая обработка материала и повышение качества профилей.

4.5. Металлографические исследования как основной метод контроля, качества профилей.

5. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ И МОДЕЛЕЙ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ НОВЫХ МЕТОДОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОСТЕНЫХ ПРОФИЛЕЙ ИЗ ТРУДНОДЕФОРМИРУЕМЫХ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ.

5.1. Технические условия на изготовление тонкостенных гнутолистовых профилей

5.2. Разработка технических условий на проектирование оборудования, технологических процессов и их оснащения.

5.3. Разработка нормативно-технической документации.

5.4. Внедрение результатов исследований и разработок в промышленность.

6. НАУЧНО-ОБОСНОВАННЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ОБОРУДОВАНИЯ И ПАНЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРОФИЛЕЙ И ГОФРА ИЗ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК С РАСЧЕТОМ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТОК.

6.1. Оценка сравнительных механических испытаний профилей из различных материалов.

6.2. Допустимые напряжения на сжатие профилей и панелей и оптимизация их параметров.

6.3. Исследование режимов изготовления экспериментальных панелей по разным технологиям с профилями из алюминиево-литиевых сплавов.

6.4. Технико-экономическая эффективность использования результатов работы в промышленности и перспективы развития результатов работы.

Несмотря на сегодняшнее состояние экономики России, роль и значение науки и научно-технического прогресса не могут быть принижены. В условиях перехода страны к рыночной экономике роль металлообработки и машиностроения, являющихся фундаментом ее материально-технической базы, ещё более усиливается. Интенсивный путь их развития не мыслим без нового этапа ускорения научно-технического прогресса, что является гарантом роста производительности труда и масштабов производства. В условиях конкуренции производителей важнейшими критериями принимаемых конструктивных и технологических решений станет оптимизация.

Одним из направлений технического прогресса в современном машиностроении является создание методов и средств производства, обеспечивающих безотходную технологию, то есть получение заготовок, максимально приближающихся по формам, размерам и чистоте поверхности к готовым деталям. Одно из ведущих мест в создании прогрессивных заготовок принадлежит обработке металлов давлением.

Самолето- и ракетостроение, как специфические отрасли машиностроения, всегда были и остаются отраслями самой передовой техники и технологии, где используются новые материалы, наиболее совершенное оборудование и прогрессивные технологические процессы, что без использования методов обработки металлов давлением обеспечить практически невозможно.

Стремление улучшить летно-технические характеристики летальных аппаратов (JIA) связано с большим количеством исследований и испытаний по снижению их массы и повышению ресурса. Важным направлением таких работ является применение в конструкциях JIA новых материалов повышенных удельной прочности и жесткости и деталей из листовых заготовок, ресурс которых, например, в 2-3 раза превышает ресурс деталей из прессованных профилей.

Выход изделий отечественной авиационной промышленности, в частности широкофюзеляжных самолетов, на мировой рынок бесперспективен без значительного повышения их ресурса. Во многом решению этой задачи будет способствовать применение в продольном наборе панелей агрегатов планера вместо прессованных профилей гнутых из листа, которые характеризуются более стабильными механическими и более высокими коррозионными свойствами, что также будет содействовать созданию технологичных изделий минимальной массы при заданных прочности и жесткости.

В связи с тем, что авиационные материалы повышенных прочности и жесткости, как правило, имеют пониженную технологическую пластичность, получение тонкостенных профилей и гофров из них прессованием, является на сегодняшнем уровне развития технологии трудноразрешимой задачей, изготовление их из листа становится в большинстве случаев единственно возможным методом.

В промышленности освоены профили, гнутые из титановых и других низкопластичных листовых материалов, имеющие в зоне сгиба внутренние радиусы в пределах трех-пяти толщин исходной заготовки. Они заметно уступают по жесткостным характеристикам прессованным из-за невыгодной геометрии зоны сгиба. Чтобы характеристики профилей, гнутых из листа, приблизить к прессованным и горячекатаным, необходимо их изготовлять с минимальными радиусами и утолщением материала по зонам сгиба. При обычном пластическом изгибе листовых материалов сделать этого не удается, возникает опасность разрыва растянутых волокон по наружному контуру и утонение материалов в зоне наибольших деформаций.

Возможные способы устранения указанных недостатков в процессе горячей деформации приводят к повышению трудоемкости, увеличению цикла изготовления и металлоемкости технологического оснащения. При этом коэффициент использования металла не превышает обычно 0,6-0,7, качество и точность размеров невысокие.

Целью данной работы является разработка научных основ процессов формообразования тонкостенных профилей и гофра из листовых заготовок в условиях сжато-напряженного состояния материала при волочении-прокатке, снижение массы конструкции планера летательного аппарата с повышением надежности.

Изготовление тонкостенных профилей и гофра с малыми радиусами по зонам сгиба стесненным изгибом (СИ) в роликовых фильерах при волочении и сочетании волочения с прокаткой, как это следует из принципиальных основ метода, позволит увеличить допустимые степени деформаций и снизить число переходов, позволит изготовлять в холодном состоянии из низкопластичных материалов профили сложной формы сечения, может уменьшить опасность скручивания заготовки в процессе деформирования, обеспечит высокое качество поверхности, благодаря отсутствию сдвиговых деформаций по высоте формовки, и точность размеров по сечению без дополнительной калибровки.

Проведение исследований в этом направлении и широкое внедрение полученных результатов в промышленность позволит снизить массу листовых конструкций, подкрепленных тонкостенными профилями и гофром, трудоемкость и металлоемкость процессов профилирования, повысить несущую способность панельных конструкций JIA с одновременным повышением их качества и надежности, что говорит об актуальности проблемы.

Исходя из поставленной цели определены задачи исследований, основными из которых являются: разработка, исследование и выбор оптимальных схем формообразования профилей из листовых заготовок различных материалов при волочении и сочетании волочения с прокаткой; исследование напряженно-деформированного состояния материала при различных схемах формообразования и установление аналитических зависимостей силовых и геометрических параметров зоны сгиба профиля от марки материала; исследование математических зависимостей процесса волочения-прокатки при деформировании листовых материалов в роликовой фильере при создании аксиального сжатия; исследование режимов термомеханической обработки и их влияния на качество гнутых профилей; установление оптимальных параметров гнутых профилей и панелей при минимизации массы и высоком качестве (несущей способности); установление предельных возможностей процесса деформирования заготовок с обеспечением кондиционности изготовленных профилей; разработка на базе проведенных исследований технологического процесса изготовления тонкостенных профилей и гофров из различных листовых материалов и оборудования для реализации в промышленности с использованием волочения-прокатки в условиях стесненного изгиба.

Проведенные исследования и разработки позволили создать принципиально новые технологические процессы и оборудование, основы научной теории деформирования листовых материалов в условиях стесненного изгиба при процессах волочения-прокатки, внедрить в конструкции летальных аппаратов перспективные авиационные материалы.

На защиту выносятся:

1. Совокупность теоретических положений и экспериментальной отработки, позволивших решить крупную научно-техническую проблему повышения надежности, ресурса и снижения массы панельных конструкций летательных аппаратов за счет разработки и внедрения новых технических решений и научно обоснованных технологий формообразования и оптимизации параметров тонколистовых профилей и конструкций панелей.

2. Классификатор процессов стесненного изгиба при волочении и сочетании волочения с прокаткой, позволяющий выбрать физическую модель процесса и схему формообразования листовой заготовки в профиль и гофр, установить напряженно-деформированное состояние материала в зоне сгиба;

3. Научные основы процесса волочения-прокатки как результат теоретического и экспериментального исследования по обеспечению оптимальных соотношений параметров гнутолисто-вых профилей, изготовленных с их применением панельных конструкций; процесса профилирования и параметров профилегибочного оборудования.

4. Новые способы формообразования тонкостенных гнутых профилей и гофров при холодной и горячей деформациях перспективных авиационных труднодеформируемых материалов стесненным изгибом при волочении и сочетании волочения с прокаткой;

5. Новые технологические процессы изготовления тонкостенных профилей волочением-прокаткой из перспективных труднодеформируемых материалов с использованием термомеханических методов обработки;

6. Принципиально новые варианты мобильного волочильно-прокатного оборудования, позволяющего изготовлять тонкостенные профили из плоской заготовки при непрерывном профилировании с созданием тангенциального, нормального и аксиального сжатия в очаге деформации и одновременно правки профиля растяжением с возможностью его гибки по радиусу;

13.Результаты работы внедрены на КнААПО, НПО «Молния», ОАО «Ульяновский НИАТ» и др., с экономическим эффектом в прежнем исчислении более 1,0 млн. рублей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Анализ конструкций основных агрегатов планера летательных аппаратов выявил наличие значительной номенклатуры тонкостенных профилей, гофров и тонколистовых деталей, выполненных гибкой. Из-за утонения металла и больших относительных радиусов по зонам сгиба их жесткостные характеристики не позволяют полностью использовать механические свойства металла. Для повышения жесткости деталей, гнутых из листа, необходимо вести гибку на малые относительные радиусы, обеспечивая сечение зоны сгиба эквивалентно прессованному профилю.

Решить данную задачу позволяет метод стесненного изгиба, когда гибку ведут в условиях сжато-напряженного состояния металла в очаге деформаций с обеспечением локального утолщения деталей по зонам сгиба.

В работе рассматриваются пути изготовления тонкостенных профилей и гофров при гибке-волочении, исследуются математические зависимости параметров процесса формообразования листовых заготовок из традиционных и перспективных металлов в профиль. Проводится экспериментальная отработка технологических процессов изготовления профилей и гофров. Разработаны технологии их промышленного изготовления и оборудование для реализации рекомендованных методов, приводятся результаты использования проведенных исследований в промышленности.

1. Братухин А.Г. Развитие авиационной промышленности в условиях конверсии и рыночной экономики // Авиационная промышленность, 1992, №5. С. 3-7.

2. Абдулин Ф.З., Филимонов В.И., Проскуряков Г.В. Изготовление тонкостенных гнутых профилей из сплава 01420 // Авиационная промышленность, 1987, №3. С. 3436.

3. Абдулин Ф.З. Повышение эффективности и совершенствование технологических процессов изготовления корпусных деталей и их элементов при производстве летательных аппаратов: Дисс. канд. техн. наук, Куйбышев: КуАИ, 1986. 42 с.

4. Абибов A.J1. Технология самолетостроения / A. JI. Абибов, В. В. Бойцов и др. Под ред. Абибова A. JL и др. М.: Машиностроение, 1982. - 551 с.

5. Абдулин Ф.З. Применение осевого подпора при формообразовании профилей из листа гибкой-волочением в условиях стесненного изгиба / Ф.З. Абдулин, И. М. Колга-нов, Г.В. Проскуряков, В.И. Филимонов // Авиационная промышленность, 1984, №8. -С. 36-38.

6. Алексеев Ю.Н. Пластический изгиб при формообразовании гофрированных панелей методом стесненного изгиба // Самолетостроение и техника воздушного флота. — Харьков: ХГУ, 1968, вып. 16. С. 79-84.

7. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Т. 1, 2, 3. М.: Машиностроение, 1982.-736 с, 584 с, 576 с.

8. А.с. 212218 (СССР). Способ гибки профилей из листового материала / Б.П. Алякринский, С.Г. Гумиров, А.Н. Ткаченко. Опубл. в Б.И., 1968, №9.

9. Арышенский Ю.М. Предельное формоизменение при штамповке деталей летательных аппаратов / Ю.М. Арышенский, В.В. Уваров, В.И. Мордасов и др. Куйбышев: КуАИ, 1978.-68 с.

10. Арышенский Ю.М., Гречников Ф.В. Теория и расчеты пластического формоизменения анизотропных материалов. М.: Металлургия, 1990. - 304 с.

11. Арышенский Ю.М. Определение технологических параметров при стесненном изгибе / Ю.М. Арышенский, А.В. Цветков, А.Ю. Матвеев и др. // Состояние и перспективы изготовления и применения листовых профилей в изделиях отрасли. НИ AT, 1992.-С. 26-30.

12. Арышенский Ю.М., Матвеев А.Ю., Гречников Ф.В. Способ гибки профилей прогла-живанием по пуансону // Состояние и перспективы изготовления и применения листовых профилей в изделиях отрасли. НИАТ, 1992. - С. 30-33.

13. Арышенский Ю.М. РТМ 1.4.2005-90. Изготовление профилей из листов алюминиевых сплавов Д16, В95, 1420 методом стесненного изгиба / Ю.М. Арышенский, Г.В. Проскуряков, В.И. Филимонов и др. М.: НИАТ, 1991. - 85 с.

14. Аракелян Б.В. Интенсификация процессов формообразования / Б.В. Аракелян, В.П. Смоленцев, JI.A. Кукуева и др. // Авиационная промышленность, 1990, №7. С. 5053.

15. Белянин П.Н. Производство широкофюзеляжных самолетов. М.: Машиностроение, 1979.-360 с.

16. Белов А.Ф. Строение и свойства авиационных материалов / А.Ф. Белов, Г.П. Бенедиктова, А.С. Висков и др.

17. Богоявленский К.Н. Исследования процесса пластической деформации на профиле-гибочных станках. Дисс. докт. техн. наук. Л.: ЛПИ, 1960. - 284 с.

18. Богоявленский К.Н. Изготовление деталей пластическим деформированием / Под ред. К.Н. Богоявленского, В.П. Каменева. Л.: Машиностроение, 1975. - 424 с.

19. Богоявленский К.Н., Григорьев А.К., Попов Е.Б. Изготовление тонкостенных профилей из титана и его сплавов на профилегибочном стане // В кн.: Обработка металлов давлением. Труды ЛПИ. -М., Л.: Машгиз, 1963, вып. 222. С. 148-150.

20. Богомолов B.C. Факторы, влияющие на точность формообразования обтяжкой листовых деталей // Авиационная промышленность, 1990, №4. С. 7-8.

21. Буланов В.В. Конструкционное деформирование как способ повышения надежности изделий // Авиационная промышленность, 1992, №8. С. 49-50.

22. Бунин В.И., Лысяков Н.В., Агеев И.Г. Формообразование гофрированных обшивок из титановых сплавов // Авиационная промышленность, 1969, №7. С. 5-8.

23. Бережной В.Л. Интенсификация прессования труднодеформируемых алюминиевых сплавов при активном действии сил трения. Дисс. докт. техн. наук. М., 1992. - 50 с.

24. Гайнутдинов Р.Г. Усталостная прочность и коррозионная стойкость фюзеляжных стрингеров из прессованных и катанных полуфабрикатов // Авиационная промышленность, 1985, №5.-С. 19-20.

25. Гиммельфарб А.Л. Основы конструирования в самолетостроении. М.: Машиностроение, 1980.-367 с.

26. Глазунов С.Г., Моисеев В.Н., Черкасов Н.Н. Титан и его сплавы в авиации // Авиационная промышленность. Приложение к журналу, 1974, № 1. С. 9-14.

27. Глебов Т.И. Аналитическое определение поля скоростей при стесненном изгибе / Т.И. Глебов, Г.В. Проскуряков, А.А. Кулешов и др. // Самолетостроение и техника воздушного флота, 1967, №9. С. 110-115.

28. Головлев В.Д. Расчеты процессов листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1974.- 136 с.

29. Горбунов М.Н. Технология заготовительно-штамповочных работ в производстве летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1981. — 224 с.

30. Горячев Е.А. Прокатка тонкостенных профилей на станах с многосторонним обжатием / Е.А. Горячев, С.В. Заборских, В.А. Кирьянов и др. // Авиационная промышленность, 1990, №4. С. 46-48.

31. Громова А.Н., Завьялова В.И., Коробов В.К. Изготовление деталей из листов и профилей при серийном производстве. М.: Оборонгиз, 1960. - 344 с.

32. Громов Н.П. Теория обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1978. -360 с.

33. Гуляев А.А., Проскуряков Г.В., Филимонов В.И. Граничные условия в задачах гибки с торцевым поджатием // Авиационная промышленность, 1987, №4. С. 54-55.

34. Гумиров С.Г., Лысов М.И., Закиров И.М. Формообразование профилей с переменной толщиной по контуру поперечного сечения // Авиационная промышленность, 1969, №7.-С. 8-11.

35. Гумиров С.Г., Зверев И.В. Определение усилий при профилировании с обжатием заготовки по толщине // Пластическое формообразование деталей авиационной техники. Казань: КАИ, 1987.-С. 8-13.

36. Гумиров С.Г. Формообразование тонкостенных профилей прокаткой из полосовых высокопрочных заготовок / С.Г. Гумиров, И.В. Зверев и др. // Авиационная промышленность, 1990, №6. С. 5-8.

37. Гун Г.Я. Теоретические основы обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1980.- 156 с.

38. Гурченков Н.И. Исследование процессов формообразования листовых профилей стесненным изгибом при гибке-прокатке. Дисс. канд. техн. наук. Куйбышев, 1975. -197 с.

39. Горлач Б.А., Ефимов Е.А., Филимонов В.И. Использование метода конечных элементов в задачах формообразования профилей стесненным изгибом // Вопросы авиационной науки и техники. Сер. Авиационная технология, 1990, №1(14). С. 3-8.

40. Давыдов В.И., Максаков М.П. Производство гнутых тонкостенных профилей. М.: Металлургиздат, 1959. - 240 с.

41. Дель Г.Д. Определение напряжений в пластической области по распределению твердости. М.: Машиностроение, 1971. - 200 с.

42. Ершов А.Г. Исследование процессов изготовления профильных заготовок для кольцевых деталей ГТД из листа пластическим деформированием в роликовых станках и штампах / А.Г. Ершов, B.JI. Арутюнов, В.П. Дьяков и др. М.: Труды НИАТ, 1970. -№297.-47 с.

43. Ершов А.Г. РТМ-1527. Изготовление деталей из прессованных профилей алюминиевых, титановых и магниевых сплавов. НИАТ, 1980. - 126 с.

44. Ершов В.И. Изгиб со сжатием в тангенциальном направлении листов из титановых сплавов и стали ВНС-2 // Авиационная промышленность, 1974, №8. С. 46-48.

45. Ершов В.И., Хронусов B.C. Гибка листового материала со сжатием в радиальном направлении // Изв. Вузов. Сер. Авиационная техника, 1974, №1. С. 117-121.

46. Ершов В.И. К расчету процессов формоизменения под действием нескольких нагрузок // Изв. Вузов. Сер. Авиационная техника, 1980, №1. С. 103-107.

47. Ершов В.И. Гибка листового материала с радиальным противодавлением // Авиационная промышленность, 1977, №10. С. 41-43.

48. Ершов В.И. Совершенствование формоизменяющих операций листовой штамповки. -М.: Машиностроение, 1990. 312 с.

49. Ершов В.И. Изготовление уголковых профилей гибкой с осадкой листовых заготовок / В.И. Ершов, В.Д. Гаврилин, Ю.Р. Медведев // Авиационная промышленность, 1993, №6.-С. 39-41.

50. Елисеев В.В., Сотников B.C., Ратова Н.В. Математическое моделирование роста зерна при многопереходном деформировании // Авиационная промышленность, 1992, №12.-С. 39-40.

51. Житомирский Г.И. Конструкция самолетов. М.: Машиностроение, 1991. - 400 с.

52. Зажигин А.С., Проскуряков Г.В., Бунин В.И. Изготовление профилей и панелей из сплавов ОТ4, ОТ4-1 и ВНС-2 стесненным изгибом // Авиационная промышленность, 1967, №9.-С. 26-28.

53. Зажигин А.С. Анализ схем формообразования толстолистовых профилей стесненным изгибом / А.С. Зажигин, Г.В. Проскуряков, И.Н. Шепелев и др. // Авиационная промышленность, 1968, №5. С. 9-11.

54. Зажигин А.С., Проскуряков Г.В. Изготовление трехслойных оболочек из тонколистовых титановых сплавов с гофрированным заполнителем // Авиационная промышленность, 1969, №6. С. 5-7.

55. А.с. 609573 СССР. Способ формообразования деталей из листовых заготовок / А.С. Зажигин, Г.В. Проскуряков. Опубл. в Б.И., 1978. №21.

56. Закиров И.М. Гибка листовых заготовок из титанового сплава ОТ4-1 на двухвалковой листогибочной машине // Кузнечно-штамповочное производство, 1979, №5. С. 20-21.

57. Закиров И.М. Технологические возможности и перспективы развития ротационного формообразования эластичной средой // Кузнечно-штамповочное производство, 1992,-№3. С. 6-7.

58. Золотаревский B.C. Механические испытания и свойства металлов. М.: Металлургия, 1974.-275 с.61