Введение к работе
Актуальность темы. В современном машиностроении в качестве обводообразующих деталей широко применяются крупногабаритные обшивки сложной формы. Использование деталей данных типов обусловлено стремлением к увеличению прочности и жесткости конструкции при одновременном снижении её веса.
Задача обеспечения точности маложестких и крупногабаритных листовых деталей при достижении заданных экономических показателей технологического процесса представляет значительную проблему. За рубежом для этих целей создана и применяется технология ДУФ на базе дорогостоящих и технически сложных автоматизированных установок проходного типа. Использование данной технологии в отечественной практике неприемлемо, т.к. это приведет к технологической зависимости от иностранных разработчиков.
Перспективной экономически эффективной отечественной разработкой является комбинированная технология формообразования крупногабаритных обводообразующих деталей, включающая операции упругопласти-ческой гибки и ДУФ на установках контактного типа. Технология и разработанные опытно-промышленные образцы оборудования прошли апробацию в производстве, однако нерешенным остается ряд вопросов. Важным условием обеспечения качества деталей является повышение точности расчета режимных параметров ДУФ с учетом специфики процесса обработки дробеметными аппаратами контактного типа (ДАКТ), с хаотичным характером потока рабочей среды (шариков). Дополнительного изучения требует влияние технологического наследования при формировании напряженно-деформированного состояния (НДС) заготовки. Необходима разработка эффективных технологических приемов формообразования участков обшивок двойной кривизны, обработка которых представляет наибольшую трудоемкость из-за высокой жесткости. Требуется автоматизация операций контроля контура, доводочной обработки детали, а также монтажных работ, которые на сегодняшний день выполняются вручную, что снижает эффективность процесса. Для перехода на программный режим управления оборудованием должны быть приняты дополнительные меры по обеспечению стабильности процесса ДУФ.
Цель работы. Повышение эффективности производства длинномерных обшивок двойной кривизны на основе решения комплекса вопросов по управлению напряженно-деформированным состоянием и формой деталей при автоматизированном выполнении технологического процесса дробеударного формообразования на установках контактного типа.
Основные задачи исследования:
Разработать методику расчета внутренних силовых факторов ДУФ -удельной растягивающей внутренней силы и координаты точки её приложения (расстояния от поверхности), возникающих при обработке на установках контактного типа на основе результатов конечно-элементного моделирования процесса множественного внедрения в заготовку шариков, имеющих различные по величине и направлению векторы скорости.
Теоретически обосновать
влияние наследственных остаточных напряжений и монтажных напряжений на внутренние силовые факторы процесса ДУФ на установках контактного типа;
возможность интенсификации процесса ДУФ участков деталей двойной кривизны за счет управления формой заготовки при закреплении на обработку.
Разработать методику расчета технологических параметров процесса ДУФ, включающего управляемые операции закрепления, предварительной и доводочной обработки с учетом технологического наследования НДС заготовки и результатов контроля ее промежуточной формы.
Разработать технические решения, направленные на повышение производительности и стабильности процесса ДУФ на установках контактного типа с ЧПУ.
Научная новизна работы
-
Построена конечно-элементная модель формирования остаточных напряжений от совокупности различных по силе и направлению ударов шариков по заготовке; предложен аналитический метод определения на основе распределения остаточных напряжений удельной растягивающей внутренней силы, связанной с режимами дробеударного формообразования, и координаты точки ее приложения (расстояния от обрабатываемой поверхности) (п. 3 паспорта специальности 05.02.08).
-
Выявлены закономерности влияния технологической наследственности в последовательности операций «упругопластическая гибка - закрепление - дробеударное формообразование на установках контактного типа» на величины внутренних силовых факторов, определяющих режимы дробеобработки для получения требуемой формы детали (п. 6 паспорта специальности 05.02.08).
-
Предложена концепция автоматизированного управления формой листовой детали двойной кривизны упругим поэтапным деформированием в продольном направлении при дробеударном формообразовании, режимы
которого определяются учетом технологического наследования напряженно-деформированного состояния заготовки и результатов контроля ее промежуточной формы (п. 2 паспорта специальности 05.02.08).
Теоретическая значимость работы. На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработана методика расчета технологических параметров процесса ДУФ деталей двойной кривизны, включающего управляемые операции закрепления, предварительного формообразования и доводочной обработки с учетом технологического наследования и результатов контроля промежуточной формы заготовки.
Практическая значимость работы
-
На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований технологического процесса ДУФ деталей двойной кривизны разработаны методики расчета режимных параметров операций предварительной обработки, выполняемой с учетом влияния исходного НДС и управлением формой заготовки, и окончательной обработки, режимы которой определяются на основе результатов контроля промежуточной формы заготовки.
-
Разработаны технические решения, направленные на повышение производительности и стабильности процесса ДУФ на установках контактного типа с ЧПУ, за счет оснащения оборудования автоматизированными системами фиксации обрабатываемой заготовки и поддержания требуемого уровня рабочей среды.
Методы исследования и достоверность результатов. Моделирование процессов гибки-прокатки и ДУФ осуществлялось с использованием среды нелинейного конечно-элементного анализа LSTC LS-Dyna Version R10 с генерацией моделей в среде MATLab. Обработка данных моделирования велась с использованием возможностей пост процессора LS-Dyna и программы Microsoft Excel. Достоверность результатов подтверждена экспериментальным исследованием с использованием современных средств измерения: исследование микрорельефа поверхности осуществлялось с помощью оптического профилометра Bruker Contour GT-K1; измерение кривизны образцов производилось цифровыми измерительными головками Mitutoyo Digimatic ID-S; измерение остаточных напряжений выполнялось механическим методом удаления слоев с использованием исследовательского комплекса ИРНИТУ на базе установки УДИОН-2.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международном молодежном форуме «Будущее авиации и космонавтики за молодой Россией» в рамках Международного авиационно-космического салона МАКС-2015 (г. Жуковский, ВК «Россия», 26 августа 2015 г.); пятой научно-практической конференции «Молодежь. Проекты. Идеи» (г. Иркутск, Иркутский авиационный завод - филиал ПАО «Корпорация «ИРКУТ», 17 ноября 2016 г.); десятой Международ-
ной научно-технической конференции «Авиамашиностроение и транспорт Сибири» (г. Иркутск, ФГБОУ ВО «Иркутский национальный исследовательский технический университет» 21 мая 2018 г.)
Публикации. Результаты работы отражены в 11 публикациях. В журналах рекомендуемого ВАК перечня опубликовано 5 статей, в международных изданиях включенных в Web of Science - 1 статья. Получен патент РФ на полезную модель.
Положения, выносимые на защиту:
-
Методика определения связанных с режимами обработки внутренних силовых факторов процесса ДУФ - удельной растягивающей внутренней силы и координаты точки её приложения (расстояния от поверхности) на основе распределения остаточных напряжений, полученного конечно-элементным моделированием процесса множественного внедрения в заготовку шариков, имеющих различные по величине и направлению векторы скорости.
-
Результаты численного и экспериментального исследования закономерностей формирования НДС листовых деталей двойной кривизны при ДУФ на установках контактного типа с оценкой влияния размеров, исходной формы, остаточного напряженного состояния и условий закрепления заготовки, на основании которых доказана возможность снижения интенсивности обработки и повышения производительности процесса при помощи управления продольной кривизной заготовки при закреплении на обработку.
-
Методика расчета режимных параметров технологического процесса ДУФ деталей двойной кривизны, включающего операции предварительной обработки, выполняемой с учетом влияния исходного НДС и управлением формой заготовки при закреплении и окончательной обработки, режимы которой определяются на основе результатов контроля промежуточной формы заготовки.
-
Результаты экспериментальных исследований, направленных на подтверждение адекватности разработанных методик определения внутренних силовых факторов процесса ДУФ и параметров технологической последовательности «упругопластическая гибка - закрепление - ДУФ на установках контактного типа».
-
Конструктивные решения автоматизированных систем установок для ДУФ контактного типа, обеспечивающих повышение производительности и стабильности технологического процесса и предназначенные для:
фиксации и управления формой заготовок;
контроля формы поперечных сечений заготовок;
поддержания требуемого уровня рабочей среды (шариков) в ДАКТ для обеспечения стабильности процесса программной обработки.
Структура и объем работы. Диссертация имеет введение, четыре главы, заключение, список литературы насчитывающий 121 источник и
приложения. Работа содержит 19 таблиц и 100 рисунков. Общий объем работы 166 страниц.