Введение к работе
Актуальность темы я цель работы. Оболочки и панели, усиленные оребрением, являются одними из основных элементов конструкций летательных аппаратов. В связи с этим к ним предъявляются особые требования по жесткости и весовым характеристикам. Для достижения требуемых результатов особое внимание следует уделять технологии производства оребренных изделий.
К предлагаемым технологическим решениям предъявляются строгие требования на соответствие заданным механическим и геометрическим параметрам получаемого изделия.
С учетом предъявляемых требований для производства панелей с оребрением используют материалы с малым удельным весом, к которым относятся титановые и алюминиевые сплавы, среди которых выделяются сплавы на основе системы А\ - Li.
Панели с оребрением из алюминиевых сплавов могут быть произведены различными способами. К ним относятся: механическая обработка, химическое и электрохимическое фрезерование, литье, сварка, прокатка, прессование, штамповка. Данные методы производства имеют ряд существенных недостатков, таких как: сложность наладки оборудования, большие потери материала в ходе процесса производства, ограниченные габаритные размеры получаемого изделия. Исключением является изотермическая, которая позволяет получать панели сложной формы с оребрением, распределенным по заданной схеме. Однако, при изотермической штамповке в ходе пластического формоизменения могут образовываться дефекты, механизм возникновения которых еще недостаточно изучен. В связи с этим актуальным является изучение особенностей пластического течения материала заготовки в ходе формирования ребра и определение научно обоснованных технологических параметров, обеспечивающих получение бездефектного изделия.
Целью работы является исследование характера течения материала и механизмов образования дефектов в ходе штамповки панелей с оребрением и определения условий получения бездефектных изделий.
Научная новизна. - Определена динамика течения материала при формировании ребра и установлены причины и механизмы образования дефектов в виде утяжин, пор, зажимов.
Описаны схемы заполнения материалом заготовки ручья штампа при формировании оребрения.
Установлено, что свойство сверхпластичности сплавов отрицательно влияет на формирование оребрения, т.е. для сплавов, обладающих этим свойством, необходимо использовать заготовки большей толщины по сравнению со сплавами, не обладающими сверхпластичностью.
Установлено, что для получения качественного оребрения наилучшими являются изотермические условия.
Установлены оптимальные интервалы изменения основных технологических и конструкционных параметров процесса изотермической штамповки, не приводящие к образованию дефектов при производстве панелей с оребрением.
Предложена функциональная зависимость, позволяющая определить минимальную фактическую толщину полотна готового изделия для производства качественных панелей при заданной скорости и температуре деформирования
Практическая значимость. - Определены минимальные толщины заготовок и технологические режимы, позволяющие получить бездефектные панели с оребрением.
- Рассмотрена возможность автоматизации процесса получения па
нелей с оребрением методом изотермической штамповки.
Сконструирована лабораторная установка для исследования и управления процессом изотермической штамповки образцов с оребрением.
Разработано программное обеспечение для автоматизированного управления термокомпрессионной установкой, обеспечивающее требуемый рабочий ход термокомпрессионной установки и скоростные режимы деформации процесса штамповки.
Законченность работы характеризуется выполненным комплексом теоретических и экспериментальных исследований и практической реализацией полученных результатов.
Достоверность результатов исследований подтверждается обоснованностью принятых допущений при теоретическом анализе, применением апробированных методов проведения и обработки данных, хорошей сходимостью расчетных и экспериментальных результатов.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссерта-
ционной работы заслушаны на Всероссийской конференции «Новые материалы и технологии» в МАТИ в 1999 г.; трех Всероссийских молодежных конференциях «Гагаринские чтения» в МАТИ в 1997,1999,2000 гг.
Публикации. Представленные в диссертационной работе материалы опубликованы в 7 работах.
Объем работы. Диссертация состоит из 4 глав, содержит 127 страниц, 50 рисунков, 15 таблиц, список литературы содержит 70 наименований.
Исследование направлено на исследование и разработку технологии производства панелей с оребрением из алюминиевых сплавов и определение механизмов образования дефектов в ходе процесса деформации. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
К числу перспективных изделий в области разработки ракетно-космической техники относятся оребренные панели и оболочки, используемые как готовые элементы конструкции приборных отсеков, топливных баков и т.д. Эти элементы относятся к классу деталей, к которым предъявляются повышенные требования по прочностным и геометрическим параметрам. Кроме того, оребренные оболочки имеют сложную форму и в то же время должны изготавливаться серийно. Основная сложность в этом случае заключается в том, что технология их изготовления, с одной стороны, должна обеспечивать высокую точность конечных размеров и максимальную прочность элементов конструкции, а с другой, быть экономически выгодной.
Перспективным способом получения панелей с оребрением является изотермическая штамповка. Особенностью данного процесса является то, что штамповка ведется с малыми скоростями при постоянной оптимальной температуре, что обеспечивает высокие пластические свойства обрабатываемых материалов, однородность температурного поля, равномерность деформаций, снижение контактного трения, усилий штамповки и нагрузок на инструмент.
При изотермической штамповке панелей с оребрением возможно возникновение дефектов (утяжины, поры, зажимы), вероятными причинами образования которых могут быть неоптимальные технологические параметры процесса штамповки, Для получения качественного изделия необходимо знать механизмы формирования дефектов и влияющие на них технологиче-
ские факторы.
Применение изотермической штамповки дня производства панелей с оребрением требует проведения комплексных исследований, чему и посвящена настоящая работа.
На основании вышеизложенного сформулирована цель настоящих исследований, которая представлена в разделе «Общая характеристика работы». Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:
^ Анализ процесса изотермической штамповки панелей с оребрением. S Исследование механизмов и причин образования дефектов, а также
определение условий получения бездефектного изделия. S Экспериментальная проверка полученных результатов. S Изучение возможности автоматизации процесса изотермической
штамповки.