автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.02, диссертация на тему:Уменьшение дефектов сплошности тонколистовых деталей летательных аппаратов магнитно-импульсной обработкой

005002931 На правах рукописи

Бобин Константин Николаевич

УМЕНЬШЕНИЕ ДЕФЕКТОВ СПЛОШНОСТИ ТОНКОЛИСТОВЫХ ДЕТАЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКОЙ

05.07.02 - Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

-1 ДЕК 2011

Красноярск - 2011

005002931

Работа выполнена на кафедре «Самолето- и вертолетостроения» Новосибирского государственного технического университета.

Научный руководитель: доктор технических наук, доцеит

Курлаев Николай Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Крушенко Генрих Гаврилович

кандидат технических наук, доцент Красовский Валерий Викторович

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Самарский государственный

аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева» (Национальный исследовательский университет)

Защита состоится « » дГьЛ&Л 2011 г. вУЧ часов на заседании диссертационного совета ДС 212.023.01 при Сибирском государственном аэрокосмическом университете имени академика М.Ф. Решетнева по адресу: 660014, г. Красноярск, проспект имени газеты «Красноярский рабочий», д. 31.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева.

Автореферат разослан « 21 » Я^^и^. 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор ^ _ д.Е. Михеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В современных условиях эксплуатации летательных аппаратов (ЛА) постоянно возрастают требования к их надежности, а постоянное усложнение авиационных конструкций приводит к повышению требований к качеству изготовления деталей. Важнейшей задачей является предотвращение ранних усталостных разрушений элементов силовых деталей планера. Значительную часть силовых деталей конструкции ЛА составляют тонколистовые детали из алюминиевых сплавов, получаемые штамповкой. Однако, зачастую такие детали имеют недостаточные показатели технологичности и усталостной долговечности в процессе эксплуатации. Основная причина заключается в том, что при применении традиционных технологических процессов изготовления таких деталей, возникают технологические дефекты, в виде отклонений от требуемой геометрии и в виде несплошностей материалов.

В настоящей работе решены задачи повышения качества тонколистовых деталей ЛА, получаемых штамповкой, путем уменьшения технологических дефектов сплошности материалов в местах ослабления тонкостенных элементов конструкции. Управление интенсивностью упругопластической волны сжатия в материалах при воздействии импульсным магнитным полем (ИМП) на заготовки позволяет уменьшить объем дефектов сплошности материала. Разработанные методы и средства управления технологическими процессами обработки давлением ИМП существенно повышают качество штампуемых деталей, уменьшают объемы трудоемких упрочняющих и ручных доводочных работ в опытном и серийном производстве, что обуславливает актуальность настоящей работы.

Цель: уменьшение объема дефектов сплошности тонколистовых деталей летательных аппаратов магнитно-импульсной обработкой (МИО).

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследования:

1 Исследовать влияние основных факторов нагружения и характеристик обрабатываемого материала, определяющих уменьшение объема дефектов сплошности при импульсной обработке материалов. Исследовать возможность использования импульса давления в зоне дефекта сплошности как оптимизационной характеристики, позволяющей определять наиболее эффективные режимы любой импульсной обработки давлением для уменьшения объема дефектов слошности с сечениями любых форм.

2 Экспериментально исследовать воздействие ИМП на дефекты сплошности материалов деталей летательных аппаратов. Оценить достоверность результатов численного моделирования.

3 Разработать технологические рекомендации по проектированию оптимальных процессов изготовления тонколистовых деталей, конструкций индукторов и технологической оснастки для обработки ИМП деталей и узлов

летательных аппаратов. Осуществить внедрение разработанных методик на авиационных предприятиях.

Научная новизна

1 Установлены зависимости амплитуды импульсной обработки тонколистовых деталей ЛА, получаемых из алюминиевых деформируемых сплавов штамповкой, от коэффициента вытянутости дефектов сплошности материалов деталей, позволяющие прогнозировать влияние вытянутости дефектов сплошности материала детали на амплитуду импульсной обработки (ударом и магнитно-имульсная обработка), уменьшающей объем дефектов сплошности тонколистовых деталей ЛА.

2 Разработаны новые методики моделирования и расчета технологических режимов импульсной обработки, уменьшающей объем технологических дефектов ' сплошности в тонколистовых деталях ЛА, получаемых из алюминиевых деформируемых сплавов штамповкой, с результатами расчетов, представленными в виде теоретических номограмм, в которых:

- в модели материала в качестве новой характеристики используется коэффициент вытянутости дефектов;

- в качестве оптимизационной характеристики амплитуды импульсной обработки используется импульс давления в зоне вытянутого дефекта сплошности.

Проведена экспериментальная проверка рассчитанных по теоретической номограмме режимов магнитно-импульсной обработки уменьшающей объем технологических дефектов сплошности на материалах кольцевых тонколистовых образцов.

Методы исследования. Использовались теоретические и экспериментальные методы исследования процессов импульсной обработки тонколистовых деталей ЛА.

Теоретическое исследование выполнялось с помощью математического моделирования в рамках механики сплошной среды. Поведение материала тонколистовых деталей ЛА при импульсной обработке давлением описывалось моделью упругопластического течения Прандтля-Рейсса. Расчеты проводились с использованием программного комплекса KRUG, разработанного в ИТПМ СО РАН.

Экспериментальные исследования проводились на магнитно-импульсных установках МИУ-10У и МИУ-15. Высокоскоростная фотосъемка процессов магнитно-импульсного формообразования тонколистовых деталей выполнялась с помощью камеры Cordin 505 в проходящем свете. Изучение внутренней структуры образцов осуществлялось с применением электронного сканирующего микроскопа LEO-420. Для обработки и анализа экспериментальных данных использованы вероятностно-статистические методы.

Практическая значимость работы. В результате выполненных исследований разработана методика расчета технологических режимов обработки деталей ЛА импульсным воздействием, с результатами,

представленными в наиболее рациональном для производственных условий виде - номограмм. При использовании эффективных технологических режимов магнитно-импульсной обработки (МИО) тонколистовых деталей ЛА происходит повышение качества деталей, уменьшается объем технологических дефектов сплошности в материалах этих деталей.

Разработан новый состав технологического процесса изготовления тонколистовых деталей ЛА с отбортовкой по контуру с использованием ИМП, в котором наряду с операцией формообразования предлагается осуществлять дополнительное воздействие ИМП для уменьшения технологических дефектов сплошности материалов деталей.

Анализ микрошлифов, полученных электронной микроскопией, показал, что магнитно-импульсная штамповка тонколистовых деталей ЛА по сравнению со штамповкой эластичной средой оказывает меньшее влияние на исходный объем дефектов сплошности материала деталей из алюминиевых сплавов. Согласно анализам результатов электронной микроскопии - объем деформационных несплошностей, образующихся при деформировании ИМП, приблизительно в 1,5 раза меньше.

Разработаны универсальные и специальные конструкции индукторов с биметаллическими спиралями (медь-сталь), технологические схемы оснастки и приспособлений для выполнения технологического процесса магнитно-импульсной обработки тонколистовых деталей ЛА, входящих в конструкции изделий, производимых холдингом ОАО «Компания «Сухой».

Объективность исследований подтверждена тестовыми расчетами задач (хорошее и удовлетворительное совпадение теоретических и экспериментальных данных) и применением сертифицированного экспериментального оборудования.

Достоверность используемых математических моделей подтверждена экспериментами и сопоставлением результатов численного моделирования с результатами экспериментов, проведенных на аттестованном оборудовании, оснащенном поверенной аппаратурой и приборами контроля.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на следующих конференция и семинарах:

1 Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации.-2006» 21-23 апреля 2004 г в г. Новосибирске;

2 Всероссийских научно-технических конференциях «Наука. Промышленность. Оборона» 2006, 2007, 2009 и 2010 гг. в г. Новосибирске.

3 Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов. 7-11 апреля 2008 г., в г. Красноярске.

4 III Международной научно-технической конференции «Металлофизика, механика материалов, наноструктур и процессов деформирования» (3-5 июня

2009 г.) в г. Самара, СГАУ

5 XIII- Международной научной конференции, посвященной 50-летию Сибирского государственного аэрокосмического университета имени

академика М.Ф. Решетнева «Решетневские чтения» 10-12 ноября 2009 г. в г. Красноярске

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 11 статьях, в том числе 2 статьи в изданиях рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Работа содержит четыре главы, общие выводы, список литературы (106 наим., 12 стр.) и приложение (1 стр.). Объем диссертации без приложений 119 стр. основного текста, 74 рисунка, 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируется цель, научная новизна и практическая значимость, а так же приводятся данные по апробации работы

В первой главе дан обзор состояния проблемы уменьшения технологических дефектов тонколистовых деталей JIA, а так же определены задачи исследования.

Технологические дефекты сплошности материалов тонколистовых деталей JIA возникают при изготовлении и растут при эксплуатации в зоне пластических деформаций растяжения (кромки отбортовок, полки нервюр, подсечки стрингеров). По данным исследователей В.М. Финкеля, В.И. Бетехтина, H.H. Беклемишева, В.Б. Юдаева, В.Е. Громова, Л.Б. Зуева и др. уменьшение дефектов сплошности в алюминиевых сплавах, нержавеющих сталях и т. п., в частности при МИО, позволяет увеличить усталостную долговечность материалов.

Анализ существующих технологий уменьшения технологических дефектов в материалах тонколистовых деталей ЛА показал, что импульсная обработка металлов давлением является одним из наиболее эффективных методов, повышающим усталостную долговечность металлов и сплавов.

Анализ предшествующих исследований В.Б. Юдаева, Н.В. Курлаева, А.И. Гулидова, H.A. Рынгача показал, что обработке ИМП для повышения их ресурса могут подвергаться: тонколистовые обечайки; сварные детали трубопроводов; монолитные вафельные панели и стрингеры (подсечки).

Вопросами использования МИО для улучшения физико-механических свойств и структуры электропроводных материалов, увеличения прочности и долговечности деталей занимались Ю.Л. Доронин, H.H. Беклемишев, В.Б. Юдаев, Н.В. Курлаев, А.И. Гулидов, H.A. Рынгач и другие. Однако, исследований по уменьшению технологических дефектов, особенно в структуре материалов, тонколистовых деталей ЛА применением МИО было недостаточно.

На основе анализа методов исследования процессов штамповки листовых деталей давлением ИМП сделан вывод о том, что в настоящее время для теоретических исследований наиболее приемлемо моделирование на основе математической модели механики сплошной среды в двухмерной и трехмерной постановке. Численное решение рационально проводить в рамках явной разностной схемы типа Уилкинса с использованием треугольных ячеек.

Экспериментальными методами исследования должны быть высокоскоростная фотосъемка процессов формообразования тонколистовых деталей ЛА и изучение микроструктуры материалов деталей с помощью электронной микроскопии.

На основе проведенного обзора были сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе было проведено численное исследование процесса уменьшения технологических дефектов в тонколистовых деталях ЛА импульсным давлением.

Для расчетов используется система уравнений, являющаяся следствием законов сохранения массы, импульса и энергии, замыкаемая соотношениями упругопластического поведения материала типа Прандтля-Рейсса. В качестве критерия пластичности используется критерий Мизеса. Уравнения модели в лагранжевых переменных в декартовой системе координат имеют вид:

Л

= V/; У0Ра =Ур-,р,\> = СТ.. у ;рё = (т^у-

¿У =0,5 {vIJ+vJJ>,ar9=-SeP + s!/;P = P(p,ey,

(1)

, >

Sy+dXs^lps'^ =ev-evSvl3;sfy <2(Г0)г/3

При условии пластичности Губера-Мизеса: s^sy < ^ К()2.

где Xj -координаты материальных частиц; v, -компоненты вектора скорости; cry, Sy ¿^.-компоненты тензоров напряжения, девиатора напряжений и тензора скоростей деформаций, соответственно; р -плотность; р - давление; Sy -символ Кронекера; р -модуль сдвига; Y0-динамический предел текучести; е -удельная внутренняя энергия, fi - электромагнитная сила (равна нулю при ударном нагружении). Точка над переменной обозначает производную по времени, а запятая между нижними индексами производную по соответствующей пространственной переменной. Вычисление производной по времени от компонент девиатора тензора напряжений производится с учетом производной Яумана вдоль траектории материальной частицы. Система уравнений (1) дополняется необходимыми начальными и граничными условиями.

Расчетная область представляет собой объем в виде цилиндра с высотой Н и радиусом R. Форма сечения поры задается в виде овала, прямоугольника и ромба с различными отношениями высоты дефекта Яд к его длине L или коэффициентом вытянутости дефекта (см. рисунок 1а):

k^HJL. (2)

Использование коэффициента вытянутости позволяет моделировать деформационные межзеренные несплошности материала тонколистовой детали ЛА.

Ударное нагружение материала осуществляется ударом тела, имеющего начальную скорость v0, по абсолютно жесткой преграде (рисунок 1а). Магнитно-импульсная нагрузка моделируется ударом пластины (см. рисунок 16) или массовой силой fx, заключенной в скин-слое, действующей на единицу объема вдоль оси х (см. рисунок 1в).

Метод расчета реализован в рамках явной разностной схемы типа Уилкинса с использованием треугольных ячеек. Решение проводится с помощью программного комплекса "KRUG".

а б в

Рисунок 1 - Расчетный элементарный объем (цилиндр) с дефектом слошности

В результате численных расчетов получена кинематика смыкания дефектов сплошности с сечениями различных форм в алюминиевом сплаве с динамическим пределом текучести К0=300 МПа, с различным коэффициентом пористости а (вычисляется как отношение объема дефектов сплошности к объему всего материала), равным 0,92..Л,8%. В ходе расчетов задавались различные исходные размеры и форма сечения дефекта, а также радиус цилиндра, с обеспечением постоянства исходного коэффициента пористости. Ось дефекта в направлении наибольшей вытянутости была либо параллельна либо перпендикулярна к плоскости контакта цилиндра с преградой.

На рисунке 2 представлена типовая кинематика смыкания дефекта сплошности с формой сечения в виде ромба при ударном нагружении. Процесса закрытия несплошности происходит следующим образом. Сначала волна сжатия подходит к дефекту. Так как скорость волны сжатия выше, чем скорость границ дефекта, то волна сжатия начинает огибать дефект сплошности. Постепенно вокруг дефекта создается область равномерного давления. Происходит смыкание дефекта. В углах наблюдается концентрация энергии, что свидетельствует о больших величинах пластической деформации.

Анализ кинематики смыкания дефектов сплошности показал, что способ импульсного нагружения и форма сечения поры не влияют на процесс смыкания поры.

1,6мкс 1= ¿¿МКС /=^,омкс /= 3,/мкс

Рисунок 2 - Типовая кинематика смыкания дефекта с сечением в виде ромба

Расчеты по определению величины минимальной скорости удара (ум), необходимой для закрытия дефекта, в зависимости от величины кв при различных формах сечения дефектов, и способах изменения а показали, что для дефектов всех форм сечений наблюдается удовлетворительное совпадение величин ум при одинаковом ¿в (рисунок 3). В первом случае а изменялся за счет увеличения радиуса цилиндра при неизменном объеме поры ( .--:■ - ромб, ■ ; ; -прямоугольник, м» - овал, см. рисунок 3), а во втором - за счет уменьшения объема поры ( ** - ромб, - прямоугольник, - овал, см. рисунок 3). При уменьшении а происходило уменьшение ум.

160

0.8 1

кв

Рисунок 3 - Зависимости V,,, от ¿в для дефекта сплошности

Из анализа зависимостей Ут(кв) (см. рисунок 3) и м>'(к\х) для вытянутых дефектов сплошности получены эмпирические зависимости:

ЦВ=У1

■к.

0,145 .

(.0,145

(3)

Они позволяют определять эффективные режимы импульсной обработки (ударом и ИМП) путем пересчета амплитуд импульсной нагрузки необходимой для полного смыкания пор симметричной формы сечений (круг, квадрат).

Определялось влияние параметров внешней импульсной нагрузки (вид и амплитуда импульса нагрузки) на смыкание дефектов сплошности. Моделирование МИО проводилось с использованием схемы ударного нагружения цилиндра с дефектом сплошности тонкой пластиной. Параметры материала цилиндра: а = 1... 1,5%; алюминиевый сплав с Уо=300 МПа. Толщина пластины изменялась от 0,1 Я до 0,4Я, где Я - радиус цилиндра. Для материала

пластины выбирались механические свойства, соответствующие сплавам Д16АМ, ОТ4-0, Сталь 45, М2.

Варьирование нагрузкой (скорость удара, высота и материал пластины) показало, что основными параметрами, определяющими уменьшение объема дефектов сплошности при импульсной обработке тонколистовых деталей ЛА, являются амплитуда и длительность действия нагрузки.

Так как при интенсивных нагрузках в зоне дефекта сплошности шаровая часть (р) тензора деформаций (а0) будет пропорциональной по величине девиаторной части то для описания процессов в качестве характеристики напряженного состояния можно рассматривать только давление р = р(р,е). Проводились исследования по возможности использования импульса давления в зоне дефекта сплошности (/п) как оптимизационной характеристики импульсной обработки, уменьшающей объем дефектов сплошности.

Расчет /п производился следующим образом. Рассчитывалось среднее значение давления в слоях счетной области, примыкающим к границам дефекта сплошности (рп) в различные моменты времени < (рисунок 4). Форма границ счетной области, где вычислялось давление, соответствовала геометрии дефекта сплошности. На основании зависимостей рп от I для различных амплитуд нагрузки (1/0) рассчитывался импульс давления в зоне поры (/п) по формуле:

'п = /Рп(<)Л. (4)

где /* - интервал времени от начала смыкания и до момента, соответствующего наименьшему значению объема дефекта сплошности в процессе его смыкания. Затем строилась зависимость /п от у0 (рисунок 5). Максимальное значение /„ соответствует ум. Расчеты показали, что наличие экстремума в зависимости /„ от амплитуды нагрузки не зависит от вида импульсного нагружения и формы сечения дефекта сплошности. Это позволяет использовать ¡¡, как характеристику процесса импульсной обработки уменьшающей объем дефектов сплошности для постановки задач оптимизации требуемой величины импульсной нагрузки.

Используя методику расчета наиболее эффективных режимов уменьшающей объем межзеренных несплошностей тонколистовых деталей ЛА импульсной обработки, в которой в модели материала в качестве новой характеристики материала использовался коэффициент вытянутости дефектов и в качестве оптимизационной характеристики амплитуды импульсной обработки использовался импульс осредненного давления в зоне вытянутого дефекта сплошности, были составлены номограммы (рисунок 6). Номограммы позволяют рассчитывать режимы импульсной обработки давлением (ударная и магнитно-импульсная обработка) в производственных условиях.

Уо = 126м/с, соответственно Рисунок 4 - Зависимость р„ и У„ от /

Рисунок 6 - Номограмма определения режимов обработки ИМП уменьшающей объем дефектов сплошности для собственных частот/¡:~20-=-25кГц, для различных сплавов (рм, )«) с различной исходной пористостью (ап), коэффициентом вытянутости дефекта (кв) при обработке индукторами с шириной витка (6ц)

Также во второй главе представлено численное решение контактной задачи для процессов гибки и гибки-формовки давлением ИМП. Определялись скорости соударения борта об оснастку (ууд).

Были построены графики распределения скоростей по высоте борта в момент удара об оснастку. Анализ графиков показал, что скорости соударения заготовки об оснастку в процессах штамповки ИМП являются достаточными для полного смыкания дефектов сплошности в материалах тонколистовых деталей ЛА. Это говорит о возможности осуществления штамповки ИМП, при которой будет не только происходить формообразование деталей, но и одновременно будет происходить уменьшение объема дефектов сплошности материала деталей.

В третьей главе представлены экспериментальные исследования влияния импульсной обработки давлением на технологические дефекты.

Проводилось экспериментальное определение диапазона скоростей соударения заготовки об оснастку в процессах гибки-формовки (отбортовки по внешнему контуру) круглого плоского образца давлением ИМП.

Для гибки-формовки использовались образцы из АМгб л.2; цилиндрическая оправка диаметром 50-10"3 м и радиусом 6-10"3 м; высота борта детали составляла для «коротких» бортов - 8-Ю"3 м, для «длинных» - 12-10 м. Съемка производилась кинокамерой Cordin 505 в проходящем свете (100 тыс. кадров/с, интервал между кадрами - 10 мкс) с использованием пояса Poro веко го и осциллографа LeCroy LCR-817. Энергия МИУ составляла 1,1 кДж (для «коротких» бортов), 1,1 кДж и 2,0 кДж (для «длинных» бортов).

Полученные величины скоростей соударения борта об оснастку примерно соответствуют рассчитанным ранее при математическом моделировании. Полученные результаты позволяют говорить не только об осуществлении формообразования заготовки при магнитно-импульсной штамповке, но и предполагать уменьшение объема дефектов сплошности.

С помощью электронной микроскопии проводилось сравнение структуры материалов после квазистатического (эластичной средой) и высокоскоростного пластического деформирования (ИМП) образцов из Д16АТ л. 1,5 кольцевой формы. Геометрические параметры: наружный диаметр заготовки составлял 122-Ю"3 м, внутренний - 64-10"3 м, наружный диаметр детали составлял 108-Ю'3 м, внутренний - 83-10"3 м, радиус гиба /у=3-10"3 м (рисунок 7). Деформации на кромке отбортовки образцов соответствовали максимально возможным за один переход статическим.

Статическое деформирование производилось на гидропрессе П-125 в контейнере с эластичной средой марки СКУ7Л. Высокоскоростное деформирование ИМП осуществлялась с использованием плоского индуктора на установке МИУ-10У. Энергия одного разряда составляла 5,8кДж. Материал формблока - сталь 45. Микроскопия осуществлялась с помощью сканирующего электронного микроскопа ЬЕО-420.

Изготовление заготовок для штамповки производилось из одной партии листов. Микроскопии подвергались участки на кромке отбортовки за пределами основного влияния импульсных токов. Пористость образца по микрошлифу определялась через отношение площадей сечения межзеренных дефектов сплошности и суммарной площади сечения, попавших в зону микроскопии.

Исходная пористость составила 0,05%. Пористость после штамповки эластичной средой составила 0,59% (рисунок 8а), а после штамповки ИМП -0,28% (рисунок 86).

" , • ■<-...-■ О*

а - штамповка эластичной средой б - штамповка ИМП

Рисунок 8 - Микрошлифы сплава Д16АТ, х2000

Таким образом, микрошлифы, полученные электронной микроскопией, показали, что штамповка ИМП образцов из тонколистовых алюминиевых сплавов по сравнению со штамповкой эластичной средой оказывает меньшее влияние на исходный объем дефектов сплошности.

Часть образцов были подвергнуты дальнейшей обработке ИМП. Использовались: установка МИУ-15, цилиндрический многовитковый индуктор для раздачи (7 витков, диаметр рабочей зоны 82-10"3 м). В качестве жесткой стенки использовался тот же формблок, что и для изготовления кольцевых образцов. Обработке подвергалась кромка отбортовки кольцевого образца (рисунок 9).

1-

Обработка образца осуществлялась десятью разрядами МИУ. Энергия одного разряда составляла 5,0#кДж. Удельная энергия тока на заготовке имела значение 0,5Дж/мм2. Согласно анализам электронной микроскопии уменьшение объема межзеренных несплошностей в обработанном ИМП деформированном образце достигает «33% (штамповка эластичной средой) и «27% (штамповка ИМП). Экспериментальные данные изменения пористости расходятся с теоретическими данными в »1,3...1,35 раза.

В четвертой главе представлено внедрение результатов исследований в производство ЛА.

Анализ номенклатуры листовых деталей применяемых в производстве Су-34 и 881-100 (отсеки Ф1, Ф5, Ф6) на Новосибирском авиационном производственном объединении им. В.П.Чкалова показал, что объем номенклатуры тонколистовых деталей планера ЛА, которые возможно перевести на штамповку ИМП, составляют « 10%, а большую часть деталей трубопроводов возможно калибровать под сварку давлением ИМП. Тонколистовые детали ЛА, рекомендуемые к изготовлению с помощью МИО, имеют габариты до 0,5 м и толщину - 0,8...2,0-10^ м, изготавливаются из сплавов - 1163АМ, 1163АТ, Д16чАМ, Д16чАТ, Д19чАМ, Д19чАТ, В95пчАМ, В95пчАТ. Основные конструктивные элементы для МИО - прямой, выпуклый и вогнутый борта с открытой или нулевой малкой, подсечки, отбортовки, рифты.

Новая схема технологического процесса изготовления тонколистовых деталей ЛА предполагает выделение ударной стадии формообразования или дополнительного импульсного воздействия ИМП одним или несколькими разрядами МИУ.

При внедрении нового технологического процесса штамповки листовых деталей будет происходить сокращение числа операций. Будут ликвидированы трудоемкие операции ручной доводки деталей. Будет добавлена новая операция: упрочняющая обработка ИМП, которая легко вписывается в технологический процесс практически без увеличения себестоимости и времени цикла изготовления детали.

индуктор; 2 - прижим с усилием б„р; 3 - образец; 4 - формблок; 5 - зона обработки. Рисунок 9 - Схема обработки кольцевого образца давлением ИМП

Дпя обработки ИМП была разработана конструкция многовиткового индуктора со спиралью из биметалла (медь-сталь). Спираль была изготовлена из биметаллической плиты, полученной сваркой взрывом пластин из М1 (толщина 3-10"3 м) и ЗОХГСА (толщина 10-10" м). Нарезание витков спирали производилось плазменной резкой. Спираль из биметалла (медь-сталь) обладает повышенной конструкционной прочностью и электропроводностью в скин-слое, повышает срок службы индуктора и уменьшает расход цветных металлов при изготовлении индуктора.

Разработанные технологические процессы, технологические рекомендации и конструкция индуктора были предложены к внедрению на ОАО «НАПО им. В.П. Чкалова» и НФ ОАО «ОКБ Сухого». Применение в производстве результатов работы позволит снизить примерно в 1,5...2 раза трудоемкость изготовления тонколистовых деталей. Себестоимость деталей уменьшиться в среднем в 1,5 раза. Ожидаемый экономический эффект от внедрения процессов составит 0,25-0,35 миллионов рублей на машину.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1 Разработан новый состав операций технологического процесса изготовления тонколистовых деталей летательных аппаратов с отбортовкой по контуру с использованием магнитно-импульсной обработки, позволяющей повышать как точность формообразования, по сравнению со штамповкой эластичной средой, так и уменьшать объем технологических дефектов сплошности.

2 Определена необходимость использования параметра вытянутости дефектов сплошности для определения требуемых режимов импульсной обработки, уменьшающей объем технологических дефектов сплошности материалов тонколистовых деталей летательных аппаратов. Установлены зависимости между коэффициентом вытянутости дефектов сплошности и амплитудой импульсной нагрузки, позволяющие прогнозировать влияние вытянутости дефектов сплошности материала детали на амплитуду импульсной обработки (ударом и магнитно-имульсная обработка).

3 Используя методику расчета наиболее эффективных режимов уменьшающей объем межзеренных несплошностей тонколистовых деталей ЛА импульсной обработки, в которой в модели материала в качестве новой характеристики использовался коэффициент вытянутости дефектов и в качестве оптимизационной характеристики амплитуды импульсной обработки использовался импульс осредненного давления в зоне вытянутого дефекта сплошности, были получены номограммы, позволяющие рассчитывать режимы импульсной обработки давлением в производственных условиях.

4 Впервые экспериментально показано уменьшение объема технологических дефектов сплошности в материалах кольцевых тонколистовых образцов при магнитно-импульсной обработке.

5 Анализ микрошлифов, полученных электронной микроскопией, показал, что штамповка импульсным магнитным полем образцов из тонколистовых

апюминиевых сплавов в сравнении с штамповкой эластичной средой оказывает меньшее влияние на исходный объем дефектов сплошности материала алюминиевых сплавов. Анализ результатов электронной микроскопии позволил установить, что объем деформационных несплошностей, образующихся при деформировании импульсным магнитным полем, примерно в 1,5 раза меньше.

6 Экспериментальные исследования, проведенные с помощью высокоскоростной фотосъемки, физического моделирования нагрузки, снятия осциллограмм разрядного тока, подтвердили приемлемость используемых математических моделей, справедливость принятых допущений и достоверность результатов численного моделирования. Совпадение данных теоретических и экспериментальных исследований (величина скорости удара борта об оснастку и конечная пористость образцов) находятся в пределах 1535%.

7 Разработанные технологические процессы предложены к внедрению на НАПО им. В.П. Чкалова и НФ ОАО «ОКБ Сухого». Внедрение технологических процессов предполагает наряду с уменьшением объема дефектов сплошности материалов тонколистовых деталей снизить примерно в 1,5-2 раза трудоемкость их изготовления, уменьшить себестоимость деталей в среднем в 1,5 раза. Ожидаемый экономический эффект от внедрения процессов составит 0,25-0,35 миллионов рублей на машину.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В

РАБОТАХ:

1 КурлаевН.В. Влияние импульсных нагрузок на дефекты сплошности в алюминиевых сплавах / Н.В. Курлаев, К.Н. Бобин // Труды 7-й всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона». -Новосибирск: НГТУ, 2006. - С. 242-245.

2 Бобин К.Н. Влияние импульсного нагружения на смыкание дефектов сплошности / К.Н. Бобин // Наука. Технологии. Инновации. Материалы всероссийской научной конференции молодых ученых в 7-ми частях. -Новосибирск: НГТУ, 2006. - Ч. 1. - С. 93-94.

3 Курлаев Н.В. Влияние импульсного давления на микродефекты сплошности различной формы и размеров в алюминиевых сплавах / Н.В. Курлаев, А.И. Гулидов, К.Н. Бобин // Научный вестник НГТУ. - 2007. -№2(27).-С. 151-162.

4 Курлаев Н.В. Определение эффективных параметров импульсной обработки давлением для уменьшения дефектов сплошности металлов и сплавов / Н.В. Курлаев, А.И. Гулидов, К.Н. Бобин // Труды Международной научно-технической конференции «Магнитно-импульсная обработка материалов. Пути совершенствования и развития». - Самара: СГАУ, 2007. -С. 124-28

5 Бобин К.Н. Исследование влияния параметров импульса нагрузки на смыкание пор в материале / К.Н. Бобин, А.Й. Гулидов, Ю.В. Скорняков,

Н.В. Курлаев // Труды X Всероссийской научно-технической конференции «Наука, промышленность, оборона». - Новосибирск: НГТУ, 2009. — С. 50-53

6 Бобин К.Н. Использование импульсной обработки давлением для улучшения структуры материалов штампуемых авиационных деталей / К.Н. Бобин, А.И. Гулидов, Ю.В. Скорняков, Н.В. Курлаев // Труды Ш-й Международной научно-технической конференции «Металлофизика, механика материалов, наноструктур и процессов деформирования». - Самара: СГАУ, 2009. -Т.2. - С. 83-89

7 Курлаев Н.В. Уменьшение дефектов сплошности в материалах штампуемых авиационных деталей / Н.В. Курлаев, А.И. Гулидов, H.A. Рынгач, К.Н. Бобин // Авиационная промышленность. - 2009. - №2.-С.42-46.

8. Курлаев Н.В. Определение наиболее эффективных амплитуд импульсной нагрузки для уменьшения дефектов сплошности различной формы и размеров в алюминиевых и медных сплавах / Н.В. Курлаев, А.И. Гулидов, К.Н. Бобин, . H.A. Рынгач // Научный вестник НГТУ. - 2009. - № 4 (37). - С. 89-100.

9 Бобин К.Н. Сравнение структуры алюминиевого сплава Д16АТ после статического и высокоскоростного пластического деформирования / К.Н. Бобин, Н.В. Курлаев // Материалы ХШ-й Международной научной конференции, посвященной 50-летию Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева «Решетневские чтения»: в 2 ч. - Красноярск: СибГАУ, 2009. - Ч. 1. - С. 316-317.

10 Бобин К.Н. Экспериментальное исследование магнитно-импульсного воздействия для улучшения микроструктуры деталей летательного аппарата / К.Н. Бобин // Труды XI Всероссийской научно-технической конференции «Наука, промышленность, оборона». - Новосибирск: НГТУ, 2010. - С. 81-85

11 Бобин К.Н. Экспериментальные исследования влияния статического и высокоскоростного пластического деформирования на технологические дефекты сплошности алюминиевых сплавов / К.Н. Бобин, В.А. Глущенков, А.И. Гулидов, Н.В. Курлаев // Научный вестник НГТУ. - 2011- №2(37). - С. 115-124.

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20,

тел./факс (383) 346-08-57 формат 60 X 84/16 объем 1.25 п.л. тираж 90 экз. Заказ № 1783 подписано в печать 18.11.2011 г

Список условных обозначений и сокращений

Основные понятия и определения

Введение

Глава 1 Современное состояние, цель и задачи исследования

1.1 Штампованные тонколистовые детали конструкции летательного 13 аппарата

1.2 Анализ номенклатуры деталей летательного аппарата, требующих 19 уменьшения технологических дефектов

1.3 Анализ существующих технологий изготовления деталей для 25 уменьшения технологических дефектов

1.4 Анализ технологии импульсной обработки материалов деталей 28 летательного аппарата

1.5 Анализ методов моделирования магнитно-импульсной обработки

1.6 Выводы по главе, цели и задачи диссертации

Глава 2 Теоретические исследования процесса уменьшения 41 технологических дефектов в тонколистовых деталях летательных аппаратов импульсным давлением

2.1 Математическая модель и ее численная реализация для 41 исследования влияния импульсной обработки давлением на материалы

2.2 Исследование кинематики смыкания пор различных форм при 47 импульсном воздействии

2.3 Исследования влияния импульсного воздействия на дефекты 51 сплошности в алюминиевых сплавах

2.4 Исследование влияния формы и характера импульса нагрузки на 55 смыкание дефектов сплошности

2.5 Импульс давления в зоне дефекта сплошности

2.6 Обобщение полученных результатов

2.7 Ударный контакт штампуемой листовой детали с 66 формообразующей оснасткой

2.8 Выводы по главе

Глава 3 Экспериментальные исследования влияния импульсной 70 обработки давлением на технологические дефекты

3.1 Высокоскоростная съемка процессов магнитно-импульсного 70 формообразования тонколистовых деталей для определения скоростей удара заготовки об оснастку

3.2 Сравнение структуры сплава Д16АТ после квазистатического и 76 высокоскоростного пластического деформирования

3.3 Исследование изменения микроструктуры алюминиевых сплавов 83 после обработки импульсным магнитным полем

3.4 Выводы по главе

Глава 4 Внедрение в производство результатов исследований

4.1 Особенности конструкций индукторов

4.2 Рекомендации по разработке конструкций оснастки

4.3 Рекомендации по разработке технологического процесса магнитно- 96 импульсной штамповки тонколистовых деталей летательных аппаратов

4.4 Рекомендации по планировке участка магнитно-импульсной 101 обработки

4.5 Выводы по главе 104 Общие выводы 106 Список использованных источников 108 Приложение А

Список условных обозначений и сокращений

Ьи -ширина шины индуктора;

С - емкость конденсаторной батареи МИУ; ср - скорость распространения упругой волны в материале; е - удельная внутренняя энергия; fi - электромагнитная сила, действующая на единицу объема (г = х,г,г) ; /с - собственная частота МИУ; (? - модуль сдвига;

Н, Я - высота и радиус цилиндра с дефектом сплошности;

Нъ, \ - исходная ширина борта и высота борта после формообразования;

Нд, Ь - высота и длина дефекта сплошности; гв - зазор между индуктором и заготовкой; кт - высота пластины; п - импульс давления в зоне поры; - величина максимального значения плотности тока в заготовке; кв - коэффициент вытянутости дефекта;

Ьс - индуктивность цепи МИУ; х - координата точки по высоте формуемого борта; р - длина рабочей части индуктора; т - масса;

Р - амплитуда давления ИМП; р - давление; рп - давление в зоне поры; д* - степень смыкания дефекта сплошности;

Яс - сопротивление цепи установки;

Я3ВЬ1П,^ЫП, гг- - радиусы заготовки и борта при гибке-формовке, радиус сопряжения стенки и борта (гиба); гнар - наружный радиус индуктора; гвн - внутренний радиус индуктора; г, г - текущие координаты заготовки;

Го - радиус, вписанной в дефект сплошности, окружности;

2ПР - усилие прижима;

У^о^ё^ - компоненты девиатора напряжений, тензоров напряжений и скоростей деформации; / - время; - время пластического деформирования дефекта сплошности; ин - напряжение зарядки батарей конденсаторов; ууд, Уо- скорость удара борта об оснастку (тела о преграду);

V,- - компоненты векторов скорости материальной частицы; уот - величина минимальной скорости удара, необходимой для закрытия дефекта; упл - скорость пластины; V-объем;

Умат объем материала; Рпоры - объем поры;

Ж, Игр, Жн - номинальное значение энергии МИУ; мг* - требуемая удельная энергия МИО;

X,- - компоненты векторов положения материальной частицы;

У0 - динамический предел текучести;

А3 - глубина проникновения ИМП по толщине заготовки;

50 - исходная толщина заготовки до формообразования; Г - коэффициент Грюнайзена; Д^п - минимальный размер ячейки;

Дг - первоначальный зазор между индуктором и заготовкой;

5 у - символ Кронекера ( ду = 1, при / = у, 8^ = 0, при / ^ у,) ; е - степень деформации; т - время первого полупериода разряда МИУ; (3 - коэффициент затухания; - коэффициент ослабления давления ИМП при удалении заготовки от индуктора; со - круговая частота разрядного тока; ф - угол наклона дефекта; р- плотность материала; ц, V - модуль сдвига и коэффициент Пуассона; а, а0, ак - коэффициент пористости, исходный и конечный коэффициенты пористости; ро - начальная плотность материала; р3, ри, рэл - удельные электропроводности заготовки, индуктора материала, Ом-м;

Индексы: ИМП - импульсное магнитное поле ЛА - летательный аппарат МИО - магнитно-импульсная обработка МИУ - магнитно-импульсная установка МКР и МКЭ - метод конечных разностей и метод конечных элементов

Основные понятия и определения

Дефекты - любые отклонения параметров материалов, деталей и изделий от заданных, таких, как размеры, качество обработки поверхности, влаго- и теплостойкость и ряд других физических величин [2].

Долговечность - способность изделия выполнять требуемую функцию до достижения предельного состояния при данных условиях использования и технического обслуживания [1].

Качество — совокупность характеристик объекта, относящихся к способности удовлетворить установленные или предполагаемые потребности

Отказ - нарушение работоспособного состояния объекта [4].

Повреждение - событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении его работоспособного состояния [4].

Технологическая наследственность - перенесение на готовое изделие в процессе его обработки погрешностей механических и физико-химических свойств исходной заготовки или свойств и погрешностей, сформированных у заготовки на отдельных операциях изготовления детали [5].

Тонколистовые детали — детали, для которых верно соотношение 1005о < 1. .2, где 5о - толщина материала

Точность - степень приближения истинного значения параметра процесса, вещества, предмета к его номинальному значению [6].

Усталостная долговечность (циклическая долговечность) - число циклов напряжений или деформаций, выдержанных нагруженным металлом (изделием) до образования усталостной трещины определенной протяженности или до усталостного разрушения [7]

Усталостное разрушение - разрушение в результате постепенного развития трещины [8].

Усталость - 1. накопление необратимых механический изменений в материале при приложении циклических нагрузок; 2. уменьшение прочности силовых элементов, возникающее под действием переменных нагрузок [8].

В современных условиях эксплуатации летательных аппаратов (ЛА) постоянно возрастают требования к их надежности, а постоянное усложнение авиационных конструкций приводит к повышению требований к качеству изготовления деталей. Важнейшей задачей является предотвращение ранних усталостных разрушений элементов силовых деталей планера. Значительную часть силовых деталей конструкции ЛА составляют тонколистовые детали из алюминиевых сплавов, получаемые штамповкой. Однако, зачастую такие детали имеют недостаточные показатели технологичности и усталостной долговечности в процессе эксплуатации. Основная причина заключается в том, что при применении традиционных технологических процессов изготовления таких деталей, возникают технологические дефекты, в виде отклонений от требуемой геометрии и в виде несплошностей материалов.

В настоящей работе решены задачи повышения качества тонколистовых деталей ЛА, получаемых штамповкой, путем уменьшения технологических дефектов сплошности материалов в местах ослабления тонкостенных элементов конструкции. Управление интенсивностью упругопластической волны сжатия в материалах при воздействии импульсным магнитным полем (ИМП) на заготовки позволяет уменьшить объем дефектов сплошности материала. Разработанные методы и средства управления технологическими процессами обработки давлением ИМП существенно повышают качество штампуемых деталей, уменьшают объемы трудоемких упрочняющих и ручных доводочных работ в опытном и серийном производстве, что обуславливает актуальность настоящей работы.

Цель: уменьшение объема дефектов сплошности тонколистовых деталей летательных аппаратов магнитно-импульсной обработкой (МИО).

В первой главе выделены классы тонколистовых деталей, требующих уменьшения технологических дефектов тонколистовых деталей летательных аппаратов с применением импульсной обработки. Выполнен анализ современного состояния способов импульсной обработки для уменьшения дефектов сплошности материалов тонколистовых деталей летательных аппаратов.

Во второй главе исследуется влияние основных факторов нагружения и характеристик обрабатываемого материала, определяющих уменьшение дефектов сплошности при импульсной обработке материалов. Исследуется импульс давления в зоне дефекта сплошности для дефектов с сечениями различных форм в качестве оптимизационной характеристики, позволяющей определять наиболее эффективные режимы импульсной обработки для уменьшения объема дефектов сплошности. Моделируется штамповка ИМП тонколистовых деталей ЛА с ударом об оснастку.

В третьей главе определены скорости удара борта об оснастку в процессах гибки и гибки-формовки ИМП. Экспериментально исследовано воздействие импульсной нагрузки, в частности ИМП, на объем технологических дефектов сплошности в тонколистовых деталях ЛА, получаемых из алюминиевых деформируемых сплавов штамповкой.

Четвертая глава посвящена разработке технологических рекомендаций по проектированию индукторов и технологической оснастки для обработки ИМП тонколистовых деталей летательных аппаратов.

Объект исследования: тонколистовые детали летательных аппаратов

Предмет исследования: технологический процесс изготовления тонколистовых деталей летательных аппаратов

Методы исследования основаны на применении численного моделирования, высокоскоростной фотосъемки и электронной микроскопии.

Научная новизна: 1 Установлены зависимости амплитуды импульсной обработки тонколистовых деталей ЛА, получаемых из алюминиевых деформируемых сплавов штамповкой, от коэффициента вытянутости дефектов сплошности ♦ материалов деталей, позволяющие прогнозировать влияние вытянутости дефектов сплошности материала детали на амплитуду импульсной обработки (ударом и магнитно-имульсная обработка), уменьшающей объем дефектов сплошности тонколистовых деталей ЛА.

2 Разработаны новые методики моделирования и расчета технологических режимов импульсной обработки, уменьшающей объем технологических дефектов сплошности в тонколистовых деталях ЛА, получаемых из алюминиевых деформируемых сплавов штамповкой, с результатами расчетов, представленными в виде теоретических номограмм, в которых:

- в модели материала в качестве новой характеристики используется коэффициент вытянутости дефектов;

- в качестве оптимизационной характеристики амплитуды импульсной обработки используется импульс давления в зоне вытянутого дефекта сплошности.

Проведена экспериментальная проверка рассчитанных по теоретической номограмме режимов магнитно-импульсной обработки уменьшающей объем технологических дефектов сплошности на материалах кольцевых тонколистовых образцов.

Практическая значимость:

В результате выполненных исследований разработана методика расчета технологических режимов обработки деталей ЛА импульсным воздействием, с результатами, представленными в наиболее рациональном для производственных условий виде - номограмм. При использовании эффективных технологических режимов магнитно-импульсной обработки (МИО) тонколистовых деталей ЛА происходит повышение качества деталей, уменьшается объем технологических дефектов сплошности в материалах этих деталей.

Разработан новый состав технологического процесса изготовления тонколистовых деталей ЛА с отбортовкой по контуру с использованием ИМП, в котором наряду с операцией формообразования предлагается осуществлять дополнительное воздействие ИМП для уменьшения технологических дефектов сплошности материалов деталей.

Анализ микрошлифов, полученных электронной микроскопией, показал, что магнитно-импульсная штамповка тонколистовых деталей ЛА по сравнению со штамповкой эластичной средой оказывает меньшее влияние на исходный объем дефектов сплошности материала деталей из алюминиевых сплавов. Согласно анализам результатов электронной микроскопии - объем деформационных несплошностей, образующихся при деформировании ИМП, приблизительно в 1,5 раза меньше.

Разработаны универсальные и специальные конструкции индукторов с биметаллическими спиралями (медь-сталь), технологические схемы оснастки и приспособлений для выполнения технологического процесса магнитно-импульсной обработки тонколистовых деталей ЛА, входящих в конструкции изделий, производимых холдингом ОАО «Компания «Сухой».

Автор выражает благодарность за помощь в проведении части экспериментальных работ Самарскому государственному аэрокосмическому университету им. ак. С.П. Королева, Центр магнитно-импульсной обработки материалов; Институту гидродинамики СО РАН им. ак. М.А. Лаврентьева, Лаборатория динамических воздействий; ОАО «Новосибирское авиационно-производственное объединение им. В.П. Чкалова», отделы 6, 8, цеха 2, 4, 72. Автор выражает глубокую благодарность за помощь в обсуждении части полученных результатов и многолетнюю совместную работу профессору, научному сотруднику Института теоретической и прикладной механики СО РАН Александру Ивановичу Гулидову.

Общие выводы

1 Разработан новый состав операций технологического процесса изготовления тонколистовых деталей летательных аппаратов с отбортовкой по контуру с использованием магнитно-импульсной обработки, позволяющей повышать как точность формообразования, по сравнению со штамповкой эластичной средой, так и уменьшать объем технологических дефектов сплошности.

2 Определена необходимость использования параметра вытянутости дефектов сплошности для определения требуемых режимов импульсной обработки, уменьшающей объем технологических дефектов сплошности материалов тонколистовых деталей летательных аппаратов. Установлены зависимости между коэффициентом вытянутости дефектов сплошности и амплитудой импульсной нагрузки, позволяющие прогнозировать влияние вытянутости дефектов сплошности материала детали на амплитуду импульсной обработки (ударом и магнитно-имульсная обработка).

3 Используя методику расчета наиболее эффективных режимов уменьшающей объем межзеренных несплошностей тонколистовых деталей ЛА импульсной обработки, в которой в модели материала в качестве новой характеристики использовался коэффициент вытянутости дефектов и в качестве оптимизационной характеристики амплитуды импульсной обработки использовался импульс осредненного давления в зоне вытянутого дефекта сплошности, были получены номограммы, позволяющие рассчитывать режимы импульсной обработки давлением в производственных условиях.

4 Впервые экспериментально показано уменьшение объема технологических дефектов сплошности в материалах кольцевых тонколистовых образцов при магнитно-импульсной обработке.

5 Анализ микрошлифов, полученных электронной микроскопией, показал, что штамповка импульсным магнитным полем образцов из тонколистовых алюминиевых сплавов в сравнении с штамповкой эластичной средой оказывает меньшее влияние на исходный объем дефектов сплошности материала алюминиевых сплавов. Анализ результатов электронной микроскопии позволил установить, что объем деформационных несплошностей, образующихся при деформировании импульсным магнитным полем, примерно в 1,5 раза меньше.

6 Экспериментальные исследования, проведенные с помощью высокоскоростной фотосъемки, физического моделирования нагрузки, снятия осциллограмм разрядного тока, подтвердили приемлемость используемых математических моделей, справедливость принятых допущений и достоверность результатов численного моделирования. Совпадение данных теоретических и экспериментальных исследований (величина скорости удара борта об оснастку и конечная пористость образцов) находятся в пределах 1535%.

7 Разработанные технологические процессы предложены к внедрению на НАПО им. В.П. Чкалова и НФ ОАО «ОКБ Сухой». Внедрение технологических процессов предполагает наряду с уменьшением объема дефектов сплошности материалов тонколистовых деталей снизить примерно в 1,5-2 раза трудоемкость их изготовления, уменьшить себестоимость деталей в среднем в 1,5 раза. Ожидаемый экономический эффект от внедрения процессов составит 0,25-0,35 миллионов рублей на машину.

1. ГОСТ Р 27.002-2009. Надежность в технике. Основные понятия, термины и определения. Введ. 2009-12-9. - М.: Стандартинформ, 2011 - 27 с.

2. Каневский, И.Н. Неразрушающие методы контроля: учеб. пособие / И.Н. Каневский, E.H. Сальникова. Владивосток: ДВГТУ, 2007. - 243 с.

3. Красоткин A.A. Сертификация авиационной техники: учебник для вузов. -М.: МАИ, 2007. 354 с.

4. Когге Ю.К., Майский P.A. Основы надежности авиационной техники М.: Машиностроение, 1993. - 176 с.

5. Мосталыгин Г.П. Технология машиностроения: Учебник для вузов по инженерно-экономическим специальностям / Г.П. Мосталыгин, H.H. Толмачевский. М.: Машиностроение, 1990. - 288 с.

6. Большой энциклопедический словарь / Под ред. И. К. Лапина, Е. Н. Маталина. М.: Астрель, 2005. - 1248 с.

7. Международная инженерная энциклопедия. Терминологический словарь. Металлы. Том 2. /Под ред. Б.А. Прусакова, М.С. Блантера и др. Москва-Запорожье: Мотор-сич, 2005. - 524 с.

8. Прочность. Устойчивость. Колебания. Справочник в трех томах. Том 1. / Под ред. И.А. Биргера, Я.Г. Пановко. М.: Машиностроение, 1988. - 831 с.

9. Современные технологии агрегатно-сборочного производства самолетов /

10. A.И. Пекаш, Ю.М. Тарасов, Г.А. Кривов и др. М.: Аграф-пресс, 2006. -304 с.

11. Волошин Ф.А. Самолет Ту-154. Конструкция и техническое обслуживание. Книга 1. Учебное пособие / Ф.А. Волошин, А.Н. Кузнецов,

12. B.Я. Покровский, А.Я. Соловьев. Самара: СГАУ, 2005.-291 с.

13. Сапожников М.В. Монтаж и испытание гидравлических и пневматических систем летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1979. - 256 с.

14. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1977.-275 с.

15. Малыгин Б.В. Магнитное упрочнение инструмента и деталей машин. М.: Машиностроение, 1989. - 112 с.

16. Юдаев В.Б. Повышение ресурса деталей летательных аппаратов воздействием ИМП / В.Б. Юдаев, Н.В. Курлаев, В.В. Красовский // Труды международной научно-технической конференции «Научные основы высоких технологий». Новосибирск: НГТУ, 1997. - С. 215-219.

17. Белый И.В. Справочник по магнитно-импульсной обработке металлов / И.В. Белый, С.М. Фертик, JI.T. Хименко. Харьков: Вища школа, 1977. -168 с.

18. Курлаев Н.В. Инерционная посадка гофр при магнитно-импульсной гибке-формовке листовых деталей летательных аппаратов / Н.В. Курлаев, В.Б. Юдаев, А.И. Гулидов // КШП ОМД. - 2001.- № 7. - С. 44-48.

19. Раскошниц Г.С. Электроимпульсная штамповка: Учебное пособие длятехн. училищ. -М.: Высшая школа, 1984. 192 с.

20. Универсальные и специализированные магнитно-импульсные установки нового поколения электронный ресурс. Режим доступа: http://nil41.ssau.ru/Techn razr/Second razr.html - Загл. с экрана.

21. Лариков Л.Н. Залечивание дефектов в металлах. Киев: Наукова думка, 1980. - 279 с.

22. Финкель В.М. Физика разрушения. Рост трещин в твёрдых телах.- М.: Машиностроение, 1970. 376 с.

23. Черемской П.П. Поры в твердом теле / П.П. Черемской, В.В. Слезов, В.И. Бетехтин. -М.: Энергоатомиздат, 1990. 375 с.

24. Бетехтин В.И. Теоретическое и экспериментальное исследование влияния внешней нагрузки на поры в твердых телах / В.И. Бетехтин, С.Ю. Веселков, Ю.М. Даль и др. // Физика твердого тела 2003. - том 45, вып. 4. - С. 618624.

25. Беклемишев Н. Н. Влияние импульсного электромагнитного поля на характеристики конструкционной прочности металлических материалов / H.H. Беклемишев, А.Н. Васютин, Ю.А. Доронин // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1990. - № 2. - С. 73-77.

26. Баранов Ю.В. Изменение физико-механических свойств быстрорежущих сталей при обработке импульсным током / Ю.В. Баранов // Вестник

27. Московского государственного университета леса Лесной вестник. - 2002. -№ 1. - С. 57-65.

28. Буренин A.A. К проблеме выделения поверхностей разрывов в численных методах динамики деформируемых сред / A.A. Буренин, П.В. Зиновьев // Проблемы механики: Сборник стаей к 90-летию со дня рождения А.Ю. Ишлинского. -М.: Физматлит, 2003. С. 146-155.

29. Даль Ю.М. Рост и залечивание шаровой поры в упругопластическом теле под действием гидростатического давления / Ю.М. Даль, Ю.Г. Пронина // Исследовано в России. 2006. - С. 1387-1394.

30. ЗбКоршак В.Ф. Эволюция микроструктуры сплава системы Al-Cu-Mg в условиях проявления сверхпластичности / В.Ф. Коршак // Физика металлов и металловедение. -2000. Т. 90. - № 4. - С. 63-67.

31. Голенков В.А. Специальные технологические процессы и оборудование обработки давлением / В.А. Голенков, A.M. Дмитриев, В.Д. Кухарь и др. -М.: Машиностроение, 2004. 404 с.

32. Бойцов Б.В. Прогнозирование долговечности напряженных конструкций. Комплексное исследование шасси самолета. М.: Машиностроение, 1985. -232 с.

33. Юдаев В.Б. Основы проектирования эффективных управляемых процессов штамповки листовых деталей летательных аппаратов: Автореф. дис. докт. техн. наук. М.: МАИ, 1993. - 16 с.

34. Рынгач H.A. Исследование влияния импульсной нагрузки на дефекты сплошности алюминиевых сплавов: автореф. дис. канд. техн. наук. -Новосибирск: НГТУ, 2005. 138 с.

35. Курлаев Н.В. Уменьшение неоднородностей формы борта листовых деталей летательных аппаратов при гибке-вытяжке импульсным давлением / Н.В. Курлаев, А.И. Гулидов, В.Б. Юдаев и др. // Научный вестник НГТУ. -2000.-№2 (9).-С. 91-100.

36. Исаченков Е.И. Магнитно-импульсная калибровка тонкостенных полых деталей / Е.И. Исаченков, В.Н. Самохвалов, В.А. Глущенков, В.И. Песоцкий // КШП. 1989. - № 7. - С. 5-7.

37. Белоусов B.C. Физические основы лазерной и магнитно-импульсной обработки. Уч. пособие. Новосибирск: НЭТИ, 1991. — 63 с.

38. Юдаев В.Б. Оптимизация параметров нагружения при импульсной штамповке листовых деталей /В.Б. Юдаев, В.М. Фаворин, Н.В. Курлаев // Проблемы машиноведения и надежности машин. 1990. - №1. - С. 90 - 96.

39. Лебедев Г.М. Отбортовка отверстий и наружного контура заготовок из листового металла импульсным магнитным полем / Г.М. Лебедев,

40. А.Д. Комаров, Г.З. Исарович, Д.Н. Лысенко // КШП. 1970.- №4. - С. 25-28.

41. Глущенков В.А. Основные направления развития магнитно-импульсной обработки // КШП. 1990. - № 7. - С. 11-13.

42. Глущенков В.А. Математическая модель процессов магнитно-импульсного деформирования полых заготовок // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, Самарский научный центр РАН. 2002. - Т. 2. - № 2. - С. 379-387.

43. Колесников С.М. Методика инженерного расчета оптимальных режимов некоторых формоизменяющих операций электромагнитной штамповки / С.М. Колесников, В.К. Кострик, Е.М. Хаустов // КШП. 1984.- №7. - С. 3-4.

44. Михеев А.Е. Упрочнение металлических поверхностей электрической дугой. / А.Е. Михеев, A.B. Гирн, С.С. Ивасев, Р.В. Карпов // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева. 2005. - № 3. - С. 220-223.

45. Попов О.В. К вопросу о регулировании пористости металлических полуфабрикатов обработкой мощными импульсами тока / О.В. Попов, C.B. Власенков, Е.В. Соловов, A.M. Бодягин // Авиационная промышленность. -1999. №4. - С.37-38.

46. Черников Д.Г. Исследование влияния обработки расплавов импульсным магнитным полем высокой напряженности на структуру и свойства алюминиево-кремнивых сплавов: автореф. дис. канд. техн. наук. Самара: СГАУ, 2011.-20 с.

47. Иванова B.C. Синергетика. Прочность и разрушение металлических материалов. М.: Наука, 1992. - 159 с.

48. Рыбин В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. -М.: Металлургия, 1986. 325с.

49. Колмогоров B.JI. Феноменологическая модель накопления повреждений и разрушения при различных условиях нагружения / B.JI. Колмогоров, Б.А. Мигачев, В.Г. Бурдуковский. Екатеринбург: УрО РАН, 1994. - 104с.

50. Добаткин В.И. Газы и окислы в алюминиевых деформируемых сплавах / В.И. Добаткин, P.M. Габидуллин, Б.А. Колачев, Г.С. Макаров. М.: Металлургия, 1976. - 264 с.

51. Волков И.А. Уравнения состояния вязкоупруго-пластических сред с повреждениями / И.А. Волков, Ю.Г. Коротких. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. -424 с.

52. Громов В.Е. Электростимулированная пластичность металлов и сплавов / В.Е. Громов, Л.Б. Зуев, Э.В. Козлов. М.: Недра, 1997.- 280 с.

53. Гулидов А.И. Численное моделирование отскока осесимметричных стержней от твердой преграды / А.И. Гулидов, В.М. Фомин // ПМТФ. 1980. - № 3. - С. 126-132.

54. Высокоскоростное взаимодействие тел/ В.М. Фомин, А.И. Гулидов, Г.А. Сапожников и др. Новосибирск: Издательство СО РАН, 1999. - 600 с.

55. Anter El-Azab, Mark Garnich and Ashish Kapoor / Modeling of the electromagnetic forming of sheet metals: state-of-the-art and future needs // Journal of Materials Processing Technology 142(2003) PP. 744-754

56. J. Unger, M. Stiemer , M. Schwarze , B. Svendsen , H. Blum , S. Reese / Strategies for 3D simulation of electromagnetic forming processes // Journal of Materials Processing Technology 199(2008) PP. 341-362

57. Ильина Г.В. Математическое моделирование процессов деформирования твердых тел при динамических воздействиях (обзор). / Рук. деп. в ВИНИТИ.-№8617 В87.- Куйбышев: КуАИ, 1987. - 27 с.

58. Т.Е. MOTOASCA, «Electrodynamics in Deformable Solids for Electromagnetic Forming» Promotors: Prof. Dr. Ir. H. Blok and Prof. Dr. Ir. P.M. van den Berg, Copromotor: Dr. Ir. M.D. Verweij, Delft, ISBN 90 9016921 0,2003, pp. 236.

59. Курлаев H.B. Смыкание несплошностей в структуре материалов деталей при магнитно-импульсной обработке / Н.В. Курлаев, А.И. Гулидов, Н.А. Рынгач, В.В. Красовский // Научный вестник НГТУ. 2002. - № 1 (12).-С. 131-140.

60. Курлаев Н.В. Формообразование листовых деталей с отбортовкой по контуру давлением ИМП при производстве летательных аппаратов: Автореф. дисс. канд. техн. наук. М.: МАИ, 1990. - 16 с.

61. Эпштейн Г.Н. Строение металлов, деформированных взрывом. М.: Металлургия, 1980. - 256 с.

62. М. Kleiner, A. Brosius Determination of Flow Curves at High Strain Rates using the Electromagnetic Forming Process and an Iterative Finite Element Simulation Scheme // STC F, 55/1/2006, p. 267.

63. Ударно-волновые процессы в двухкомпонентных и двухфазных средах / С.П. Кисилев, Г.А. Руев, А.П. Трутнев и др. Новосибирск: Наука, 1992. -260с.

64. Гулидов А.И. Численная реализация граничных условий в динамических контактных задачах. Препринт ИТПМ СО АН СССР. №12-87 /

65. A.И. Гулидов, И.И. Шабалин. Новосибирск, 1987. - 37 с.

66. Машиностроительные материалы. Краткий справочник / под. ред.

67. B.М. Раскатова. М.: Машиностроение, 1980. - 511 с.

68. Курлаев Н.В. Влияние импульсных нагрузок на дефекты сплошности в алюминиевых сплавах / Н.В. Курлаев, К.Н. Бобин // Труды 7-й всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона». Новосибирск: НГТУ, 2006. - С. 242-245.

69. Курлаев Н.В. Влияние импульсного давления на микродефекты сплошности различной формы и размеров в алюминиевых сплавах / Н.В. Курлаев, А.И. Гулидов, К.Н. Бобин // Научный вестник НГТУ. 2007. -№2 (27).-С. 151-162.

70. Бобин К.Н. Влияние импульсного нагружения на смыкание дефектов сплошности / К.Н. Бобин // Наука. Технологии. Инновации. Материалы всероссийской научной конференции молодых ученых в 7-ми частях. -Новосибирск: НГТУ, 2006. Ч. 1. - С. 93-94.

71. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. М.: Мир, 1989. -510 с.

72. Курлаев Н.В. Механика импульсного воздействия и ее приложение к обработке давлением деталей из алюминиевых сплавов: автореф. дис. докт. техн.наук. Новосибирск: НГТУ, 2006. - 34 с.

73. Курлаев Н.В. Уменьшение дефектов сплошности в материалах штампуемых авиационных деталей / Н.В. Курлаев, А.И. Гулидов, Н.А. Рынгач, К.Н. Бобин // Авиационная промышленность. 2009. - № 2 — С. 42-46.

74. Mala Seth, Vincent J. Vohnout and Glenn S. Daehn / Formability of steel sheet in high velocity impact // Journal of Materials Processing Technology 168(2005) PP.390-400

75. Петров М.Г. Связь долговечности и неупругости металлических сплавов // Материалы научно-практической конференции «Транссиб 99». Новосибирск: СГУПС, 1999. С. 450-452.

76. Александров В.Г. Справочник по авиационным материалам и технологии их применения / В.Г. Александров, В.И. Базанов. М.: Транспорт, 1979.263 с.

77. Магнитно-импульсная обработка материалов. Производственная инструкция №1. Основы МИОМ. Физические основы и область применения. Самара: СГАУ, 2007. - 100 с.

78. Металлы и сплавы. Анализ и исследование. Физико-аналитические методы исследования металлов и сплавов. Неметаллические включения: справ. / Б.К. Барахтин, A.M. Немец; под ред. Б.К. Барахтина. СПб.: НПО Профессионал, 2006. - 490 с.

79. Металлографическое травление металлов и сплавов: Справочник / Л.В. Баранов, Э.Л. Демин. М.: Металлургия, 1986. - 256 с.

80. Добаткин В.И. Слитки алюминиевых сплавов. Свердловск: Металлургиздат, 1960. - 176 с.

81. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. М.: Металлургия, 1983. - 359 с.

82. Бакастов С.С. Авиационное материаловедение / С.С. Бакастов, П.П. Маркелов М.: Воениздат, 1941. - 230 с.

83. Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1986.-544 с.

84. Алюминиевые сплавы. Плавка и литье алюминиевых сплавов. Справочное руководство / отв. ред. В. И. Добаткин. М.: Металлургия, 1970. - 416 с.

85. Хоникомб Р. Пластическая деформация металлов. М.: МИР, 1972. - 408 с.

86. ХардинВ.Б. О возможности взаимодействия дислокаций с электронным потоком в процессе действия сильных импульсных токов. / В.Б. Хардин // Теория и технология обработки металлов давлением: Межвузовский сборник Вып. 71. - Куйбышев: КуАИ, 1975. - С. 86-90.

87. Талалаев А.К. Индукторы и установки для магнитно-импульсной обработки металлов. М.: Информтехника, 1992. - 143 с.

88. Барвинок В.А. Выбор материалов для изготовления индукторных систем / В.А. Барвинок, Ю.Е. Паламарчук, А.Н. Кирилин и др. // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва. 2008. - № 1. - С. 97-102.

89. Юдаев В.Б. Применение импульсных магнитных полей для формообразования деталей летательных аппаратов. Учебное пособие к курсовому и дипломному проектированию. М.: МАИ, 1995. - 168 с.

90. КЛАССИФИКАТОР ДЕТАЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ ДЛЯ ШТАМПОВКИ И ОБРАБОТКИ ИМП С ЦЕЛЬЮ УМЕНЬШЕНИЯ ОБЪЕМА ДЕФЕКТОВ СПЛОШНОСТИ МАТЕРИАЛА1. Класс операций

91. МАГНИТНО-ШШУЛЬСНАЯ ШТАМПОВКА1. Класс деталей1. ДЕТАЛИ ТРУБОПРОВОДОВ1. ЛИСТОВЫЕ ДЕТАЛИ1. Группа операций

92. Формообразование + калибровка1. Калибровка1. Формообразование1. Вид операций

93. Образование конусов, фланцев

94. Калибровка торцев под сварку1. Гибка-формовка1. Ок>ортовка1. Эскиз типовой детали1. Материал

95. АМГ2М, АМгЗМ, АМгбМ, АМцАМ, Д16АТ

96. АМг2М, АМгЗМ, АМцАМ, АМгбМ,1 2X18Н1 ОТ

97. Д16АМ, 11 бЗАМ,В95пчАМ,Д. 9чАМ

98. Д16АМ, 1163АМ,В95пчАМ,Д19чАМ

99. Габариты и характерные размеры

100. Вт = 40. 120мм;1к = 5.40ым;8о = 0,5. 1,5мм

101. От = 40. 100мм;1к = 10.40мм;8„ = 0,8. 1,5мм1. Ьв=19мм; =0,15. 0,2

102. А х В =150. 250 * 200. 350мм;80 = 1,0. 1,5мм Ь5=19мм, Ьв, = 6мм; =0,1 .0,21. Класс операций

103. ОБРАБОТКА ИМП ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК1. Группа операций

104. УМЕНЬШЕНИЕ ДЕФЕКТОВ СПЛОШНОСТИ СТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛА1. Класс деталей1. Тонколистовые обечайки

105. Сварные детали трубопроводов1. Сварные детали шасси

106. Многолнтные вафельные панели1. Стрингера1. Вид операций

107. Поэлементная обработка обечаек1. Обработка сварных швов1. Обработка сварных швов

108. Поэлементная обработка панели по поверхности1. Обработка подсечек1. Эскиз1. ТИПОВОЙ детали86001. АМгбМ12X18Н9Т, АмгЗМ, Амг2М, Х18Н10Т1. ЗОХГСНА-ВД, ВТ22

109. Д16АТ, Д1 бчАТВ, Д1 бчтП35, В95пчТ1, АК-4-1,1201,14201. Д16АМ,В95пчАМ, 1420,1421

110. Габарита и характерные размеры

111. Боб = 200.800мм;1. об = 500. 1600мм 80 = 1.2,5м

112. Е)т = 35.,100ммтр =100.1000мм;8. = 35мм1.пан =250.10500мм; 8„ = 4.5 мм10= 4.20мм; 11= 1.5мм

113. СПЛОШНОСТИ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКОЙ» в производство ОАО "НАПО им. В.ПЛкалова"

114. Использование результатов работы может позволить снизить в 1,5-2 раза трудоемкость изготовления тонколистовых деталей с отбортовкой по контуру. Себестоимость деталей может быть снижена в среднем в 1,5 раза.

115. Расчетный экономический эффект по предприятию может составить 0,25-0,35 миллионов рублей на машину в год.

116. Начальник отдела 8 ЖМ, Н.В. Папонин

117. Начальник цеха 72у В.А. Хандогин

118. Инженер-технолог цеха 72 /¿^/^У В.К Желобков

119. Примечание: Указанный экономический эффект не является основанием для перечисления денежных сумм.

120. УТВЕРЖДАЮ" Начальник Новосибирскогонала ОАО "ОКБ Сухого"1. Моисеев2011г.1. АКТвнедрения результатов диссертационной работы Бобина Константина Николаевича на тему "СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

121. ТОНКОЛИСТОВЫХ ДЕТАЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ УМЕНЬШЕНИЕМ: ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ДЕФЕКТОВ СПЛОШНОСТИ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКОЙ" в разработки ОАО "ОКБ1. Сухого"

122. Использование результатов работы позволит увеличить усталостную долговечность тонколистовых деталей Л А, обрабатываемых ИМП, на 1025%, снизить в 1,5.2 раза эксплуатационные и ремонтные затраты на эти детали.

123. Расчетный экономический эффект составляет 150.200 тыс. руб. на машину в год.

124. Результаты внедрения оформлены протоколом № 1 от 15.03.2011г.

125. Начальник отд.З Начальник бригадыггз-о^. и

126. В.В. Иванов М.М. Карабинов

127. Примечание: Указанный экономический эффект не является основанием для перечисления денежных сумм.