Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время отдается предпочтение технологиям, позволяющим сократить многопереходность и многооперационность обработки, снизить количество брака в особенности при производстве деталей, геометрические параметры которых должны иметь строгое соответствие заложенным в конструкторской документации.
Основным элементом разъемных соединений трубопроводных систем летательных аппаратов (ЛА) является облегченный фланец. Сочетание малой относительной толщины стенки со сложной геометрией наружного контура данной детали, а также с невысокими характеристиками пластичности применяемых сплавов затрудняет её бездефектное формообразование. Наиболее предпочтительным способом изготовления облегченных фланцев из титановых сплавов является формообразование раздачей эластичными средами в жестких разъемных матрицах.
На данный момент отсутствуют сведения об интенсивности накопленной деформации и её связи с ресурсом пластичности конкретного сплава полуфабриката при штамповке гофрированных осесимметричных деталей эластичными средами. Не изучен вопрос появления браковочных признаков вследствие исчерпания ресурса пластичности при формообразовании гофра с заданными геометрическими параметрами. Отсутствуют эффективные способы штамповки гофрированных осесимметричных деталей из трудно- деформируемых сплавов.
Поэтому необходимо создать способ изготовления гофрированных соединительных элементов титанового трубопровода, позволяющий повысить предельные возможности штамповки как за счет оптимальных режимов предварительной обработки, так и рационального приложения деформирующих сил к трубной заготовке. При этом облегченные фланцы, полученные данным способом, должны иметь высокие ресурсные характеристики.
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» на кафедре «Техническая механика» в 2009-2012 гг. в соответствии с государственным контрактом № 11411.1003800.18.001 от 28.01.2011 г. на выполнение опытно-конструкторской работы «Создание нового семейства ближне-среднемагистральных самолетов».
Целью работы является создание способов, технологических процессов и устройств для повышения предельных возможностей формообразования гофрированных элементов разъемных соединений высокоресурсного титанового трубопровода, разработка научно обоснованных рекомендаций для выбора материалов трубных заготовок в соответствии с требуемой геометрией производимых деталей и оптимальных режимов предварительной обработки для повышения характеристик пластичности.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Определить интенсивность пластической деформации при формообразовании гофрированных элементов трубопровода типа «облегченный фланец».
-
Провести теоретическое обоснование выбора материала для штамповки облегченных фланцев с заданными геометрическими параметрами гофра.
-
Экспериментально определить предельные возможности формообразования облегченных фланцев.
-
Создать способы, повышающие предельные возможности формообразования гофрированных элементов быстроразъемных соединений титанового трубопровода, а также устройства для их реализации.
-
Разработать технологию формообразования облегченных фланцев с предварительной обработкой материала заготовки без термического воздействия для повышения характеристик пластичности.
-
Определить ресурсные характеристики натурных образцов элементов с гофром быстроразъемных соединений титанового трубопровода.
Методы исследования. Теоретические исследования выполнены на основе метода верхней оценки. Эксперименты проводились на специальной установке для предварительной обработки, на универсальном гидравлическом прессе с использованием разработанной и созданной для производства облегченных фланцев штамповой оснастки. Качество облегченных фланцев оценивали при помощи современного металлографического и испытательного оборудования.
Научная новизна работы
1. Разработана модель, описывающая кинематику пластического формоизменения тонкостенного облегченного фланца как общего случая осесимметричной детали с гофром и позволяющая установить связь между геометрией детали и характеристикой пластичности материала трубной заготовки.
-
-
Разработан и научно обоснован способ формообразования тонкостенных осесимметричных элементов с гофром разъемных соединений титанового трубопровода, отличающийся применением оптимальных режимов предварительной обработки трубных заготовок с целью повышения пластичности их материала без термического воздействия, а также рационального приложения деформирующих сил к заготовке; созданы устройства и оснастка для его осуществления.
-
Установлено, что перераспределение остаточных напряжений по толщине стенки трубчатого полуфабриката не только повышает предельные возможности штамповки, но и увеличивает ресурс трубопровода, подвергаемого циклическим нагрузкам в процессе эксплуатации, за счет удаления дефектного газонасыщенного слоя и одновременного образования медной защитной пленки на поверхности заготовки на этапе предварительной обработки.
Практическая значимость
-
-
-
Разработан и внедрен технологический процесс формообразования элементов с гофром разъемных соединений титанового трубопровода, применение которых позволяет обеспечить требуемую надежность и герметичность мест соединения участков трубопровода в трассу, удобство ремонтных работ, наряду с повышением циклической долговечности тонкостенного трубопровода высокого давления.
-
Построены номограммы для определения показателя предельного формоизменения - относительного удлинения после разрыва 5 материала трубных заготовок в зависимости от геометрических параметров штампуемых облегченных фланцев.
-
Установлено, что предложенная технология изготовления облегченных фланцев обеспечивает повышение ресурса готовых изделий от 3,3 до 12 раз по сравнению с образцами, подвергавшимися термической обработке по различным режимам.
Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы использованы при постановке производства новых ЛА в
ОАО «Воронежское акционерное самолетостроительное общество», в филиале ОАО «Корпорация «Иркут» (г. Воронеж).
Апробация работы. Основные положения работы прошли обсуждение на международных и российских научных конференциях: V всемирном конгрессе «Авиация в XXI столетии» - «Безопасность в авиации и космические технологии» (Киев, 2012); международной научно-технической конференции
«Технологические методы повышения качества продукции в машиностроении» (Воронеж, 2010); VIII Всероссийской конференции «Новые технологии» (Миасс, 2011); XXXI Всероссийской конференции «Наука и технологии» (Миасс, 2011); IX Всероссийской конференции «Новые технологии» (Миасс, 2012); L Отчетной научной конференции преподавателей и научных сотрудников ВГУИТ (Воронеж, 2012).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В опубликованных работах личный вклад автора заключается: [1] - в сравнении результатов теоретического анализа формообразования облегченных фланцев на основании математической модели выбора материала трубной заготовки для бездефектной штамповки с экспериментом; [2] - в моделировании кинематики течения материала трубной заготовки во время процесса штамповки осесимметричной детали с гофром на этапе предварительного набора материала в зоне интенсивного пластического формоизменения; [3] - в создании технологии изготовления облегченных фланцев из титанового сплава ПТ-7М, позволяющего интенсифицировать процесс штамповки посредством применения предварительной обработки для повышения характеристик пластичности сплава, в определении основных зон гофра фланцев для микроструктурного анализа их дефектов; [4] - в получении зависимости между параметрами обработки и геометрией катода- щетки для выбора оптимальных режимов трибоэлектрохимической обработки (ТЭХО), повышающей пластичность перед началом штамповки; [5] - в исследовании существующих способов повышения предельных возможностей штамповки и обосновании применения ТЭХО в качестве оптимальной с целью улучшения характеристик пластичности титановых сплавов; [6] - в создании математической модели, описывающей кинематику пластического формоизменения тонкостенного облегченного фланца как общего случая осесимметричной детали с гофром; [7] - в создании технологии механической обработки контактной конической поверхности облегченного фланца для обеспечения высокой герметичности разъемного соединения; [8] - в экспериментальной проверке теоретических данных по выбору материала заготовки для бездефектного формообразования облегченных фланцев из титановых сплавов ПТ-7М, ОТ4-0, ОТ4-1; [9] - в создании экспериментальной штамповой оснастки для формообразования облегченных фланцев; [10] - в экспериментальной проверке воздействия предварительной обработки на пластические свойства обработанных заготовок; [11] - в построении номограмм, отражающих связь между относительным удлинением после разрыва 5 материала заготовки и геометрическими параметрами осесимметричной детали с гофром; [12] - в апробации технологии изготовления облегченных фланцев с применением повышающей пластичность материала предварительной обработки, в исследовании её влияния на эксплуатационные характеристики готового изделия; [13] - в выборе оптимальных режимов обработки для получения поверхности высокого качества перед началом штамповки с целью снижения коэффициента трения для уменьшения утонения стенки готового изделия; [14] - в расчете остаточных напряжений и построении графиков их распределения по толщине стенки трубной заготовки в состоянии поставки и, подвергнутой предварительной ТЭХО, и готового изделия, отштампованного с применением ТЭХО и без неё.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 120 наименований и 1 приложения. Основная часть работы изложена на 174 страницах и содержит 63 рисунка и 12 таблиц.
Похожие диссертации на Интенсификация пластического формоизменения гофрированных элементов разъемных соединений высокоресурсного титанового трубопровода
-
-
-
