Введение к работе
Актуальность работы. Развитие машиностроения и производства летательных аппаратов в частности, идет по пути усложнения форм деталей и узлов, которое вызвано рядом различных требований (аэродинамических, прочностных и др.), а также применения высокопрочных материалов. С другой стороны возникает вопрос о долговечности данных деталей, что сказывается на их эксплутационной стоимости.
Повысить долговечность деталей возможно путем уменьшения объема неоднородностей структуры материалов, в частности в виде дефектов сплошности. Одним из подобных методов является технология импульсной обработки, однако для ее эффективного применения необходимо заранее определить параметры импульсного воздействия. Таким образом, для внедрения импульсных технологий обработки давлением необходимо разработать научно-обоснованные методы применения импульсных процессов, которые будут обеспечивать увеличение долговечности деталей.
В данной работе на основе численного моделирования разрабатываются основы проектирования высокоэффективных импульсных процессов для упрочняющей обработки деталей, уменьшающих объем неоднородностей материла, приобретенных в результате технологической наследственности.
Целью настоящей работы является исследование наиболее эффективных параметров импульсной обработки деталей для уменьшения микродефектов сплошности материалов.
Научная новизна. В работе экспериментально исследовано влияние импульсного воздействия на свойства и структуру, а также на усталостную долговечность деталей из алюминиевых сплавов. Испытания алюминиевых сплавов типа Д16АТ и 1420 после магнитно-импульсной обработки (МИО) показали увеличение предела прочности в 1,04...1,07 раза, предельного относительного удлинения в 1,15...1,20 раза, усталостной долговечности на 12...15%.
На основе математического моделирования в двумерной постановке (осевая симметрия и плоское деформируемое состояние) получено решение задачи о деформировании упругопластической среды с дефектом (порой) при прохождении по ней интенсивной волны сжатия.
Из анализа результатов расчетов следует:
введение коэффициента пористости а, как отношение объема пор ко всему объему материала, позволяет обобщать результаты задачи, полученной для одной поры, на среду с множеством пор;
определены параметры нагрузки, при которых происходит полное смыкание дефекта;
нагрузка, необходимая для полного закрытия вытянутого дефекта практически не зависит от ориентации дефекта в материале.
гізот
Методы исследования. Для исследования использовались экспериментальные и теоретические методы исследования процессов импульсного воздействия на материалы с микродефектами.
Экспериментальные исследования проводились на магнитно-импульсных установках МИУ-40/10. Изучение внутренней структуры образцов осуществлялось с применением электронного сканирующего микроскопа LEO-420. Прочностные испытания проводились с использованием электрогидравлической машины для усталостных испытаний MTS-10 и разрывной машины Р-5. Для обработки и анализа экспериментальных данных использованы вероятностно-статистические методы.
Теоретические исследования выполнялись с помощью математического моделирования. Для решения задач использовался программный комплекс KRUG, разработанный в Институте теоретической и прикладной механики СО РАН.
Практическая значимость работы. В результате выполненных исследований разработана методика расчета обработки деталей импульсным воздействием, а также оригинальная конструкция индукторов для МИО, оснастки и методов штамповки. Составлен классификатор высоконагруженных деталей, переводимых на обработку давлением импульсного магнитного поля (ИМП), для опытного и серийного производства.
Результаты численных расчетов представлены в виде номограмм, что упрощает их использование. Разработанная методика позволяет найти необходимый уровень импульсного воздействия для полной или частичной ликвидации пористости.
По результатам численных расчетов построены номограммы, позволяющие определять наиболее эффективные МИО для достижения наименьших объемов дефектов сплошности структуры материалов и полного компактирования элементов при соединении наконечника с электрожгутом.
Разработаны новые конструкций индукторов и технологической оснастки для обработки деталей давлением ИМП с целью превышения их служебных характеристик.
Достоверность используемых математических моделей подтверждена экспериментами и сопоставлением результатов численного моделирования с результатами экспериментов, проведенных на аттестованном оборудовании, оснащенном поверенной аппаратурой и приборами контроля.
Практическая реализация работы. Методы расчета, методики проектирования технологических процессов, оригинальные конструкции индукторов и оснастки, Технологические рекомендации, разработанные на основе выполнения НИР в 2001-2002 гг, внедрены на Новосибирском авиационном производственном объединении (НАПО) им. В. П. Чкалова и ОАО "ОКБ Сухого".
Апробация работы. Результаты проведенных исследований были представлены на следующих конференция и семинарах:
-,,*<»' 4
1.5-м Международном российско-корейском симпозиуме по науке и технологии "КОРУС-2001", 23 июня - 3 июля 2001 года в г. Томске.
2.18-й Межреспубликанской конференции по численным методам решения задач теории упругости и пластичности (Новосибирск, ИТПМ СО РАН, 2001г.);
3.6-м Международном российско-корейском симпозиуме по науке и технологии "КОРУС-2002Я 24 - 30 июня 2002 года в г. Новосибирске.
-
Всероссийской научно-технической конференции "Наука. Промышленность. Оборона. 2004" 21-23 апреля 2004г в г. Новосибирске.
-
IV Всероссийской конференции молодых ученых "Проблемы механики: теория эксперимент и новые технологии", 1-3 июля 2004 года в г. Новосибирске.
Публикации и НИР. Основное содержание диссертации отражено в 14 статьях и публикациях и 1 отчете по НИР.
Структура и объем работы. Работа содержит пять глав, общие выводы, список литературы (ПО наим., 10 стр.) и приложения (3 стр.). Объем диссертации без приложений 135 стр. основного текста, 88 рисунков (66 стр.), 6 таблиц (6 стр.).
