Содержание к диссертации
Введение
1 Конструктивно-технологические особенности длинномерных панелей и обшивок 15
1.1 Конструктивные особенности исследуемых деталей 15
1.2 Существующие технологии формообразования крупногабаритных панелей и обшивок 20
1.3 Теоретические и экспериментальные исследования технологических процессов упругопластической гибки и дробеударного формообразования 30
2 Определение технологических параметров компенсирующей гибки-прокатки при комбинированном формообразовании панелей и обшивок . 44
2.1 Моделирование процесса комбинированного формообразования панелей и обшивок в последовательности «гибка-прокатка – дробеударное формообразование» 44
2.1.1 Моделирование процесса гибки-прокатки 44
2.1.2 Моделирование процесса дробеударного формообразования 55
2.1.3 Особенности начальной стадии процесса гибки-прокатки 66
2.1.4 Исследование процесса гибки-прокатки деталей переменной толщины 70
2.2 Определение технологических параметров компенсирующей гибки-прокатки 74
2.2.1 Методика расчета параметра настройки нажимного валка 74
2.2.2 Расчет остаточного угла закручивания поперечных сечений при гибке-прокатке под углом к образующим 77
Выводы по главе 81
3 Экспериментальные исследования технологического процесса формообразования обшивок и панелей в последовательности «гибка-прокатка – дробеударное формообразование» 83
3.1 Исследование по проверке разработанной методики расчета параметра настройки нажимного валка 83
3.2 Исследование по формообразованию обшивок в последовательности «гибка-прокатка – дробеударное формообразование» 90
3.3 Исследование по определению остаточного угла закручивания образцов при гибке-прокатке под углом к образующим 95
3.4 Экспериментальное исследование возникновения дефектов формы аэродинамической поверхности обшивок при гибке-прокатке . 100
3.5 Исследование по гибке-прокатке монолитно-фрезерованной панели крыла . 103
Выводы по главе 108
4 Практическая реализация результатов исследования . 110
4.1 Методика расчета технологических параметров процесса гибки-прокатки панелей и обшивок . 110
4.1.1 Цель и основные этапы расчета 110
4.1.2 Определение расчетных сечений 111
4.1.3 Определение параметров формы деталей . 115
4.1.4 Расчет технологических параметров гибки-прокатки деталей типа обшивок и панелей 119
4.2 Разработка оборудования с ЧПУ для гибки-прокатки длинномерных листовых деталей в продольном направлении 124
4.3 Разработка технологического процесса формообразования в последовательности «гибка-прокатка – ДУФ» . 134
Выводы по главе . 141
Общие выводы 142
Список литературы 143
Список сокращений и условных обозначений 153
Приложения 154
- Существующие технологии формообразования крупногабаритных панелей и обшивок
- Моделирование процесса дробеударного формообразования
- Исследование по формообразованию обшивок в последовательности «гибка-прокатка – дробеударное формообразование»
- Расчет технологических параметров гибки-прокатки деталей типа обшивок и панелей
Введение к работе
Актуальность темы.
Формообразование длинномерных листовых и подкрепленных обводо-образующих деталей, форма которых характеризуется переменной двойной кривизной с закручиванием, является одной из ключевых технологий в авиа-и судостроении. Задача обеспечения точности формы данных деталей в условиях серийного автоматизированного производства в отечественной практике не имеет полного решения.
Перспективным направлением в технологии формообразования обшивок и панелей является развитие комбинированных методов, предусматривающих раздельное получение компонент кривизны поверхности детали. В условиях опытного производства прошел апробацию способ формообразования длинномерных обшивок, сочетающий операции упругопластической гибки в продольном направлении и дробеударной обработки наружной поверхности детали. В основе известных методик расчета параметров данного сочетания лежат допущения о равножескости и изотропии свойств заготовок. Теоретические основы упругопластической гибки, разработанные М.И. Лы-совым, позволяют определить технологические параметры процесса для деталей прямоугольной формы сечения и простых профилей. Для деталей типа обшивок с переменной толщиной и местными облегчениями применение известных методик не обеспечивает требуемой точности расчета, что приводит к необходимости дорогостоящей отработки процесса формообразования на натурных образцах.
Для реализации процесса дробеударного формообразования (ДУФ) разработаны специальные установки контактного типа, при эксплуатации которых достигнуты высокие технико-экономические показатели. Эффективным способом реализации упругопластической гибки в рассматриваемом технологическом сочетании является гибка-прокатка. Известны копировальные листогибочные станки типа КГЛ и ГЛС, предназначенные для образования поперечной кривизны деталей. Для использования в процессе комбинированного формообразования, где гибка длинномерных деталей осуществляется в продольном направлении с изменением параметров настройки и углового положения валков относительно детали, необходима разработка специализированного оборудования.
Нерешенными задачами при расчете технологических параметров гибки-прокатки листовых деталей в продольном направлении являются определение углового положения валков листогибочной машины для получения требуемого угла закручивания поперечных сечений детали, обеспечение точности формы детали в начальной стадии процесса и предотвращение местной потери устойчивости полотна в районе местных облегчений.
Потребность в решении перечисленных задач обусловлена запросами производства, что определяет актуальность представленной работы.
Цель работы. Установление закономерностей формирования деформированного состояния длинномерных деталей типа обшивок и монолитно-фрезерованных продольно оребренных панелей в технологической последовательности «гибка-прокатка – дробеударное формообразование» и разработка на этой основе предложений по улучшению качества получаемых изделий, уменьшению трудомкости, повышению уровня автоматизации.
Достижение этой цели возможно после решения следующих задач:
-
Разработка методики расчета компенсирующей продольной кривизны, требуемой для получения теоретического контура при формообразовании деталей типа обшивок и продольно оребренных панелей в последовательности «гибка-прокатка – ДУФ», на основе 3D-моделей деталей.
-
Разработка производственной методики определения величины хода нажимного валка для гибки-прокатки на трехвалковых листогибочных машинах деталей типа обшивок и панелей, обеспечивающей требуемую точность формы деталей.
-
Создание методики определения закона перемещения нажимного валка трехвалковой листогибочной машины, обеспечивающего получение равномерного остаточного радиуса кривизны в начальной стадии гибки-прокатки при переходе с симметричной схемы нагружения на ассиметрич-ную.
-
Оценка вероятности возникновения дефектов формы деталей типа обшивок в виде потери устойчивости местных облегчений полотна при характерных для компенсирующей гибки-прокатки радиусах кривизны.
-
Разработка математической модели для расчета остаточного угла закручивания поперечных сечений детали как функции настроечных параметров гибки-прокатки.
-
Проведение комплексного экспериментального исследования технологического процесса обработки обшивок и панелей, включающего операции гибки-прокатки и дробеударного формообразования, в целях оценки разработанных теоретических положений и подтверждения допустимости применения операции гибки-прокатки для придания продольной кривизны с круткой поперечных сечений деталям типа обшивок и продольно оребренных панелей.
-
Создание специализированного оборудования для гибки-прокатки деталей переменной кривизны с круткой поперечных сечений.
-
Разработка технологических рекомендаций по формообразованию длинномерных обшивок и панелей в последовательности «гибка-прокатка – ДУФ» на оборудовании с ЧПУ.
Научная новизна:
1. Установлены основные закономерности формирования деформированного состояния длинномерных листовых и подкрепленных деталей, формообразование которых осуществляется путем последовательной реализации технологических операций гибки-прокатки и дробеударного формообразования.
2. На основе моделирования методом нелинейного конечно-
элементного анализа процесса дробеударной обработки деталей типа обши
вок определена остаточная продольная кривизна, необходимая для формиро
вания требуемого контура детали, образуемой гибкой-прокаткой с последу
ющим дробеударным формообразованием.
3. Моделированием методом нелинейного конечно-элементного анали
за изучено деформированное состояние деталей типа обшивок при гибке-
прокатке в продольном направлении. При этом установлены предельные зна
чения остаточной кривизны деталей для исключения потери устойчивости в
районе местных облегчений и управляемые изменения рабочего перемеще
ния нажимного валка для повышения точности контура начального участка
детали.
4. Сформирован математический аппарат, обеспечивающий возмож
ность определения режимных параметров процесса гибки-прокатки, что поз
волило повысить точность достижения требуемой продольной кривизны и
остаточного угла закручивания поперечных сечений деталей с учетом их
конструктивных особенностей и анизотропии механических свойств.
-
Разработана и реализована методика комплексного экспериментального исследования технологического процесса формообразования деталей типа обшивок и монолитно-фрезерованных панелей, включающего операции гибки-прокатки и дробеударного формообразования.
-
Для реализации образования продольной кривизны и угла закручивания поперечных сечений обшивок и панелей создано оригинальное конструктивное решение листогибочной машины с программным управлением.
Практическая значимость. На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны методики расчета технологических параметров формообразования длинномерных обводообразующих деталей в последовательности «гибка-прокатка – дробеударное формообразование», обеспечивающие повышение точности получаемых изделий и снижение затрат на их изготовление.
Разработаны технологические рекомендации по реализации процесса формообразования длинномерных обшивок и продольно оребренных панелей комбинированным методом гибки-прокатки и обработки дробью на оборудовании с ЧПУ.
Разработана специализированная трехвалковая листогибочная машина И2222БМ, отвечающая специфическим технологическим требованиям, предъявляемым к оборудованию для гибки-прокатки длинномерных деталей переменной кривизны с круткой поперечных сечений.
Реализация работы. Разработанная технология формообразования длинномерных обшивок и продольно оребренных панелей летательных аппаратов в последовательности «гибка-прокатка – дробеударное формообразование» внедрена в производство на Иркутском авиационном заводе – филиале ОАО «Научно – производственная корпорация «Иркут».
Изготовлена и апробирована в производстве трехвалковая листогибочная машина И2222БМ для гибки-прокатки длинномерных обводообразую-щих деталей с круткой поперечных сечений.
Достоверность результатов подтверждена воспроизводимостью экспериментальных и производственных испытаний. Обоснованность выводов подтверждается опытом практической реализации результатов исследования в производстве.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы
докладывались и обсуждались на Международной научной конференции «XX Туполевские чтения» в 2012 г. (КНИТУ им. Туполева, г. Казань, диплом за высокий уровень представленного доклада), на XII Международной научной конференции «Актуальные вопросы современной техники и технологии» в 2013 г. (г. Липецк), на научно-технических конференциях кафедры «Оборудования и автоматизации машиностроения» ИрГТУ в 2012-2014 гг. (ИрГТУ, г. Иркутск), на 3-й молодежной научно-практической конференции «Молодежь. Проекты. Идеи.» в 2013г (ИАЗ – филиал ОАО «Корпорация Иркут», г. Иркутск, диплом в секции «Производство»).
Публикации. Результаты работы отражены в 8 публикациях. В журналах рекомендуемого ВАК РФ перечня опубликовано 3 статьи, общим объемом 2 п.л. Получен патент РФ на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка, включающего 90 наименований, и приложения, в котором представлен акт внедрения технологии и протокол приемочных испытаний. Работа изложена на 160 страницах, содержит 84 рисунка и 20 таблиц.
Существующие технологии формообразования крупногабаритных панелей и обшивок
Заготовками для изготовления панелей и обшивок служат листы или плиты, получаемые прокаткой, а также прессованные профили, выполняемые из высокопрочных деформируемых термически упрочняемых алюминиевых сплавов системы алюминий – цинк – магний – медь в закаленном и искусственно состаренном состоянии. Особенностью применяемых материалов является повышенная чувствительность к повторным нагрузкам и концентрации напряжений. Это определяет выбор конструктивных форм с большой плавностью переходов при изменении сечений, малыми перепадами жесткости и т.д. [53].
Под действием эксплуатационного изгибающего момента верхняя обшивка крыла нагружена регулярно повторяющимися сжимающими усилиями, а нижняя – растягивающими. В связи с этим для верхних сжатых панелей используются высокопрочные материалы, хорошо работающие на сжатие, наиболее распространенным из которых является В95Т2. Для нижних «растянутых» панелей применяются материалы, имеющие высокие усталостные характеристики, например, Д16Т.
Основным видом механической обработки при изготовлении заготовок панелей и обшивок является фрезерование торцовыми, концевыми и специальными фрезами. Режимы резания выбирают исходя из требования получения заданной шероховатости обработанной поверхности с учетом ограничений по допустимому нагреву материала детали в зоне обработки [37, 49].
Основными технологиями формообразования обшивок и панелей являются свободная гибка на прессовом оборудовании, гибка-прокатка на трехи четырехвалковых листогибочных машинных, метод ДУФ, гибка с растяжением на специальных роботах или обтяжных прессах [6, 7, 17, 53]. Для деталей типа монолитно-фрезерованных панелей также применяются методы раскатки роликами, посадки или разводки полок и ребер в специальных штампах. Свободная гибка на прессах типа ПП-250 является одним из наиболее универсальных методов формообразования. Эта технология применяется как самостоятельный процесс формообразования обшивок одинарной кривизны длиной до 25 метров, для правки заготовок, а также для подгибки мест усилений перед дробеударным формообразованием [6]. Однако применение свободной гибки в качестве основной технологической операции ограничивается классом деталей одинарной кривизны [7]. В работах [3, 46, 64] показана нецелесообразность формообразования обшивок прессовой гибкой, из-за утраты ими кривизны при последующей упрочняющей обработке дробью. Также следует заметить, что гибка обшивок в передвижку значительно уступает по производительности гибке-прокатке на валковых машинах. После гибки на прессе детали имеют такой дефект формы, как огранка [76]. Однако для участков монолитных панелей, как стык крыла и центроплана с толщиной 30 мм и более, прессовый метод является единственно возможным. В то же время для него характерны отсутствие стабильности, большая трудоемкость и потребность в высокой квалификации персонала.
Формообразование локального перегиба на универсальных прессах может быть выполнено с использованием сопряженного штампа для обшивок и на рессорном штампе свободной гибки — для панелей с ребрами [77] . Процесс формообразования перегиба в штампе для свободной гибки связан с необходимостью выполнения большого числа нагружений с постепенной доводкой геометрии панели до требуемой.
Известны образцы зарубежного прессового оборудования, предназначенного для последовательного формообразования панелей в программном режиме. Его выпускают фирмы «Verson-LCM», «Hammerly», «Sheridan-Grey» и др. [6, 7]. Среди отечественных разработок необходимо отметить пресс СПП-250 конструкции НИАТ (см. рисунок 1.8). Он предназначен для гибки и правки панелей одинарной кривизны длиной до 25 метров. Пресс оснащен системой ЧПУ с гидравлической следящей системой, обеспечивающей позиционирование плавного ползуна с погрешностью не более 0,1 мм. Формообразование и правка панелей может выполняться в ручном, полуавтоматическом и автоматическом режимах.
Обшивки с линейчатой (цилиндрической и конической) формой поверхности могут изготавливаться методом гибки прокатки на трех- и четы-рехвалковых листогибочных машинах. Гибка-прокатка отличается более высокими производительностью и точностью при достаточной стабильности, но ее применение ограничено размерами рабочего пространства существующего оборудования, не позволяющими изготавливать детали длиной более 15 метров [6, 14, 15, 17, 51]. Известны отечественные станки для гибки-прокатки типа КГЛ, ГЛС, ГЛП. Специально для производства широкофюзеляжных самолетов был соз 23 дан уникальный валковый станок типа ГЛП-1000 с длиной валков 15 метров. Также известны зарубежные разработки автоматизированных станков для гибки-прокатки фирм «Verson-LCM», «Sheridan-Grey», и др. Валковые станки могут оснащаться механическими и гидравлическими копировальными устройствами или системами ЧПУ, обеспечивающими высокую точность позиционирования нажимного валка. Автоматическое управление гибкой-прокаткой резко увеличивает производительность станка за счет отсутствия остановок, связанных с замерами кривизны и регулировкой положения верхнего валка. Однако получение деталей, имеющих переменную крутку поперечных сечений, на перечисленных станках не представляется возможным. На растяжно-обтяжных прессах могут изготавливаться обшивки двойной и знакопеременной кривизны [6]. Обтяжные прессы могут оснащаться сменными прямо- и криволинейными зажимными устройствами. Различают прессы с горизонтальным и вертикальным расположением зажимных губок, а также комбинированные прессы с четырьмя зажимными устройствами и универсальные гидравлические прессы со встроенными зажимными устройствами. Применение обтяжного оборудования ограничено максимальной длиной заготовки, которая составляет около 12 метров [7].
Для формообразования деталей пологой формы могут применяться методы, основанные на эффекте релаксации упругих напряжений – формообразование в режиме ползучести и формообразование с наложением ультразвукового поля. Первый метод реализуют по схеме: установка заготовки в формообразующий блок, нагрев до температуры искусственного старения, деформирование по рабочему контуру, рассчитанному с учетом восстановления, выдержка в поджатом состоянии, охлаждение, снятие нагрузки, старение [10]. Реализация процесса формообразования в режиме ползучести в серийном производстве длинномерных листовых деталей требует изготовления большого количества специальных приспособлений для деформирования по контуру и не гарантирует получение высокой точности окончательной геометрической формы детали.
Метод дробеударного формообразования эффективно применяется для изготовления крупногабаритных обшивок и панелей, как на отечественных, так и на зарубежных авиационных заводах. Его преимущества состоят в меньшей стоимости оборудования, меньшей трудоемкости процесса и в повышении усталостной прочности детали, за счет создаваемых в поверхностных слоях металла напряжений сжатия [6, 17]. Кривизна детали, получаемая в процессе обработки дробью, зависит от интенсивности струи дроби и толщины материала заготовки. Дробеударная обработка может проводиться как с одной, так и с двух сторон заготовки при разной скорости дроби.
Моделирование процесса дробеударного формообразования
Моделирование процесса ДУФ было выполнено с целью определения исходных данных в виде распределения потребного радиуса продольной кривизны детали для дальнейшего определения параметров гибки-прокатки. В существующих методиках [46, 53] расчета потребного радиуса компенсирующей гибки-прокатки обшивок и панелей принято два основных допущения: жесткость детали принимается равной в продольном и поперечной направлениях, материал считается изотропным (1.7, 1.8). Данные методики обеспечивают достаточную точность технологических расчетов параметров формообразования тонких обшивок с минимальной разностью сопротивления изгибу в продольном и поперечном направлениях. Однако в конструкции самолетов применяются панели и обшивки с подкреплениями толщиной более 8 мм и обнижениями до 3 мм, что обуславливает разность продольной и поперечной жесткости более 30%. В настоящий момент отсутствует методика расчета потребного радиуса компенсирующей гибки-прокатки неравноже-стких обшивок и панелей.
Определение требуемой компенсирующей продольной кривизны kГу по приведенной последовательности осложнено высокой трудоемкостью определения геометрических характеристик сечений. При этом данный способ не гарантирует достижения требуемой точности расчета. Для снижения трудоемкости и повышения точности расчета компенсирующего радиуса кривизны RГу была разработана методика, основанная на методе КЭМ.
Моделирование дробеударного формообразования путем соударения множества дробинок с поверхностью детали затруднено из-за высокой трудоемкости подготовки расчетной модели и неприемлемо большой длительности расчета. Поэтому в данной работе был использован метод моделирования ДУФ распределенными растягивающими силами (см. рисунок 1.15), применение которого для определения параметров дробеобработки рассмотрено в [20].
Рассмотрим разработанную методику расчета требуемого компенсирующего радиуса кривизны на примере образца типовой обшивки крыла гражданского самолета (см. рисунок 2.5). Так как исследуемый образец имеет неизменный момент инерции поперечного сечения, для экономии вычислительных ресурсов определение радиуса продольной кривизны, формируемого при дробеударной обработке, было выполнено путем моделирования двухосного изгиба участка образца длиной 200 мм.
Для задания изгибающих нагрузок использовались распределенные растягивающие силы на расстоянии zc от поверхности детали, что эквивалентно изгибу распределенными моментами. Параметры прилагаемой нагрузки были определены на основе выполненных в ИрГТУ экспериментальных исследований по обработке пластин из материала детали (Д19чАТ) по методике, приведенной [9]. Согласно данным исследованиям, при обработке дробью диаметром 3,5 мм при со скоростью 30 м/с средняя глубина приложения распределенных сил zc равна 1,1 мм. Поэтому конечно-элементная сетка была построена так, чтобы узлы элементов располагались на данном расстоянии от поверхности (см. рисунок 2.12). Для корректного моделирования ДУФ было реализовано следящее перемещение распределенной силы, когда при изгибе детали вектор силы поворачивается и продолжает действовать по нормали к плоскости приложения.
Для определения величины потребной для формирования поперечной кривизны нагрузки было выполнено моделирование двухосного изгиба участка образца плавно возрастающей распределенной силой, приложенной на расстоянии zc =1,1 мм от поверхности. В результате моделирования установлена величина распределенной растягивающей силы PДУФ =137500 Н/м, потребной для формирования радиуса поперечной кривизны RДx ПУ Ф = 5,2 м (см. рисунок 2.13). При таком нагружении радиус продольной кривизны участка образца RДy ПУ Ф составил 11,7 м, то есть разность продольной и поперечной кривизны составила 225%. Рисунок 2.13 – Результаты моделирования ДУФ участка образца панели (показано распределение напряжений по Мизесу, МПа) Так как перед ДУФ деталь уже имеет продольную кривизну, изменяю уп и щую ее поперечную жесткость, необходимо оценить разность между RДУФ потребным компенсирующим радиусом кривизны RГу . Для этого было выполнено моделирование компенсирующей гибки-прокатки образца обшивки на остаточный радиус кривизны RГу =RДy ПУ Ф = –11,7 м. В результате получена деформированная после гибки-прокатки конечно-элементная сетка (см. рисунок 2.14), которая использовалась для последующего моделирования ДУФ. Рисунок 2.14 – Распределение пластических деформаций при гибке-прокатке образца обшивки на радиус кривизны 11,7 м В дальнейшем рассматривался центральный участок образца, деформированный гибкой-прокаткой. Для данного участка была смоделирована обработка дробью путем двухосного изгиба плавно возрастающей распределенной силой, приложенной на расстоянии zc=1,1 мм от поверхности (см. рисунок 2.15). В результате при воздействии распределенной силы =137500 Н/м получена геометрическая поверхность с радиусом продольной кривизны RTy «-35 м и поперечной кривизны Rfu6K №/0=5,6 м. Отклонение радиуса поперечной кривизны Я%бха_дуф от Я%ф составило 7,7%. При дальнейшем увеличении нагрузки до Рдуф =155500 Н/м произошло распрямление детали в продольном направлении (R; 125 м).
Для повышения точности моделирования гибки-прокатки панелей требуется учитывать разность механических свойств материала при растяжении в трех главных осях анизотропии, так как в основании ребер возникают напряжения и деформации в направлении перпендикулярном плоскости изгиба (см. рисунок 2.18). При этом допустимо пренебречь разностью величин сопротивления пластическому деформированию при сдвиге относительно главных осей анизотропии ввиду малости касательных напряжений, возникающих при изгибе на большие радиусы кривизны.
Проанализировав результаты расчетов, был сделан вывод о том, что изменением поперечной жесткости оребренных панелей после компенсирующей гибки-прокатки можно пренебречь ввиду малости и расчет параметров R и Р , определяющих режимы формообразования, вести по СAD-модели исходно плоской детали.
Исследование по формообразованию обшивок в последовательности «гибка-прокатка – дробеударное формообразование»
Для проверки разработанной методики определения требуемого радиуса компенсирующей кривизны детали был проведен эксперимент по обработке КПО обшивки, описанных в разделе 3.1, в последовательности «гибка-прокатка – ДУФ». Для исследования были использованы три КПО. В результате обработки требовалось получить поверхность с радиусом поперечной кривизны образцов 5, 3 и 1,5 м и нулевой продольной составляющей.
По методике, приведенной в разделе 2.1.2, был определен требуемый радиус компенсирующей гибки-прокатки. Затем был проведен расчет настроечных параметров гибки-прокатки, необходимых для получения требуемой кривизны, по методике, приведенной в разделе 2.1.1 .
Была выполнена гибка-прокатка КПО на рассчитанных режимах. Для определения остаточного радиуса продольной кривизны образцов измерялась стрела прогиба fпрод в контрольных точках с помощью индикаторной планки с базой измерения 200 мм, оснащенной головкой часового типа ИЧ-10 с ценой деления 0,01 мм (см. рисунок 3.5). При этом также проводилось измерение стрелы прогиба в поперечном направлении fпоп для дальнейшего учета погрешностей формы, полученных при механообработке. Для исключения влияния собственного веса КПО на его кривизну измерения проводились после установки образца продольным краем на две опоры. Результаты измерений приведены в таблице 3.5.
После обработки КПО раскреплялись от прижимов установки УДФ-4 и проводилось измерение стрелы прогиба в продольном и поперечном направлениях в контрольных точках с помощью индикаторной планки с базой измерения 200 мм, оснащенной головкой часового типа ИЧ-10 с ценой деления 0,01 мм (см. рисунок 3.8). Затем вычислялась разность значений стрелы поперечного прогиба до и после обработки. Результаты измерений приведены в таблице 3.7.
Анализ результатов измерений показывает, что после обработки КПО в последовательности «гибка-прокатка – ДУФ» была достигнута требуемая форма поверхности. При этом абсолютная погрешность измеренных значений стрелы прогиба на базе 200 мм от требуемых не превысила 0,07 мм. То есть, измеренные отклонения кривизны контура значительно меньше допустимых. 3.3 Исследование по определению остаточного угла закручивания образцов при гибке-прокатке под углом к образующим
Для проверки полученной математической зависимости между углом закручивания поперечных сечений детали у и технологическими параметрами гибки-прокатки был проведен эксперимент по гибке-прокатке образцов под углом к образующим. Использованные образцы представляли собой плиты материала В95пчТ2 размером 16х1300х600 мм (см. рисунок 3.9, а).
Образцы делились по группам из 3 шт., каждой из которых соответствовал свой угол гибки-прокатки: 5, 10 и 15. На образцы наносилась разметка в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 3.9, б. При этом измерение остаточного радиуса кривизны проводилось в трех точках контрольного сечения II, а сечения I и III использовались для определения остаточного угла закручивания поперечных сечений.
Гибка-прокатка образца под углом к образующим Для определения остаточного радиуса кривизны образцов проводилось измерение стрелы прогиба / в контрольных точках сечения II с помощью индикаторной планки с базой измерения 200 мм, оснащенной головкой часового типа ИЧ-10 с ценой деления 0,01 мм (см. рисунок 3.5)
Для определения остаточного угла закручивания поперечных сечений образцы измерялись на координатно-измерительной машине (КИМ) по сечениям I и III. Затем координаты точек кривых поверхности образцов, соответствующих указанным сечениям, импортировались в систему Siemens NX и проводилось измерения угла у между данными кривыми. Измеренный угол закручивания у , угол гибки-прокатки а , радиус кривизны R0 и длина участка L =A-2N (где А- длина образца) приведены в таблице 3.9. Для наглядного представления полученные значения угла у были приведены к единичному углу закручивания % =ylL.
Для исключения погрешностей, связанных с упругими деформациями образца под собственным весом, были изготовлены приспособления для измерения образца на КИМ в вертикальном положении (см. рисунок 3.11). Приспособления захватывают образец в двух точках в верхней части, что исключает его деформирование при закреплении.
Графики показывают сходимость результатов расчета и эксперимента. Отклонения экспериментальных значений от расчетных обусловлены по большей части неравномерностью получаемой кривизны детали. Точность позиционирования валков современных листогибочных машин с ЧПУ не превышает 0,1 мм, что обеспечивает погрешность получаемого остаточного угла закручивания поперечных сечений не более 7%. Абсолютное значение погрешности расчета не превышает 0,1 градуса, что удовлетворяет требованиям к точности формообразования деталей типа панелей и обшивок крыла.
Была выполнена гибка-прокатка образцов на трехвалковой листогибочной машине И2222БМ со ступенчатым увеличением хода нажимного валка. Для фиксации появления дефектов аэродинамической поверхности, описанных в разделе 2.1.4, проводилось измерение отклонения наружного контура поперечного сечения образца от прямолинейности в центральной части карманов в соответствии со схемой измерений (см. рисунок 3.14). Измерение проводилось с помощью жесткой линейки и комплекта щупов (см. рисунок 3.15).
Начальное проявление дефектов было обнаружено при остаточном радиусе кривизны 1,6 м и составило 0,01-0,03 мм (см. таблицу 3.10). Затем была выполнена гибка-прокатка образцов на радиусы кривизны от 1,6 до 0,4 м. с шагом 0,3 м с проведением замеров отклонений наружного контура поперечного сечения от прямолинейности после каждого шага. Результаты измере ний приведены в таблице 3.10.
Расчет технологических параметров гибки-прокатки деталей типа обшивок и панелей
Формообразование деталей осуществляется путём поперечного изгиба с одновременным перемещением заготовки между деформирующими валками, имеющими определённые параметры настройки.
Машина имеет три рабочих валка: два крайних (опорных) и один верхний (нажимной), установленных в левой и правой стойках (см. рисунки 4.13 и 4.14). Заготовка подаётся между опорными и нажимным валками. Участок заготовки между нижними опорными валками изогнут вследствие вертикального перемещения верхнего валка. Вращение опорных валков машины, благодаря силам трения, вызывает перемещение заготовки в зоне деформации и вращение нажимного валка. Для обеспечения синхронности управления, при установке взамен штатных электродвигателей механизма вращения опорных валков, вертикального перемещения нажимного валка и механизма вращения поворотного основания управляемых электродвигателей, существующие клиноременные передачи были заменены зубчатоременными. Вертикальное перемещение верхнего валка осуществляется индивидуальным приводом от синхронного электродвигателя (фирма «Siemens», тип 1FK7105-5AC71-1UA0, 2000 об/мин, 7,5кВт), закреплённого на подмоторной плите, через зубчатоременную передачу, соединительный вал и зубчатые полумуфты, червячные пары и винтовые пары. Один из шкивов зубчаторемен-ной передачи сблокирован с полумуфтой предельного момента со срезным штифтом, предохраняющей привод перемещения валка от перегрузок. Привод нажимного валка имеет кулачковую муфту, которая позволяет осуществлять наклон валка для получения конических обечаек. С этой целью в приводе предусмотрена кулачковая муфта, разъединение которой производится с помощью ручки и рычага. При этом валок сначала опускают в край 126 нее нижнее положение, а затем, разъединив кулачковую муфту, поднимают его правый конец на необходимую высоту. Останов нажимного валка в крайнем верхнем положении осуществляется по сигналу индуктивного датчика. Редукторы привода регулировки нажимного валка крепятся к стойкам. Каждый из них состоит из литого корпуса, в котором установлена на подшипниках качения червячная пара. Червячное колесо шпонкой соединено с гайкой, в которой перемещается ходовой винт нажимного валка. На конец червяка надет шкив привода регулировки валка.
Определение текущего положения верхнего валка производится по информации с линейного датчика, отображаемой на табло системы ЧПУ. Крайние положения валка контролируют индуктивные датчики.
Опорные валки крепятся в подшипниках скольжения, расположенных в левой и правой стойках. Крутящий момент передаётся опорным валкам от асинхронного электродвигателя привода главного движения (фирма «Siemens», тип 1PH7133-2DF03-0BC0, 1500 об/мин, 15 кВт) через зубчато-ременную передачу, двухступенчатый цилиндрический редуктор, на тихоходном валу которого установлена полумуфта, находящаяся в зацеплении с комплектом шестерён. Мгновенная остановка валков осуществляется тормозом ТКГ-200 после остановки электродвигателя главного привода.
Для повышения точности управления продольным перемещением детали применен датчик вращения, установленный на ось обрезиненного ролика, упруго закрепленного на измерительном валу (см. рисунок 4.13). Измерительный вал крепится к стойке машины через кронштейн с регулировочным колесом, который обеспечивает изменение положения датчика по вертикали. Задача получения крутки поперечных сечений, обуславливает необходимость изменения углового положение листогибочной машины относительно детали. Эта задача была решена установкой листогибочной машины на поворотное основание, обеспечивающее изменение ее углового положения на 30. (см. рисунок 4.13). Основание поворотного устройства выполнено в виде жёсткой сварной конструкции коробчатой формы с выступающими с боков концами опорных балок. Для жёсткости балки скреплены между собой косынками и накладками. На верхней раме основания закреплено опорно-поворотное устройство.
Поворот листогибочной машины осуществляется с помощью цевочной передачи. Синхронный электродвигатель (фирма «Siemens», тип 1FK7063-5AF71-1UA0, 3000 об/мин, 2.5 кВт) и редуктор привода цевочной передачи расположены на раме, установленной в приямок фундамента независимо от рамы поворотного устройства и закреплённой фундаментными болтами.
