Содержание к диссертации
Введение 4
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 8
Общая характеристика процесса пневмотермической формовки в режиме сверхпластичности 8
Применение процесса пневмотермической формовки в авиационной и других отраслях промышленности 12
Конструктивно-технологическая характеристика деталей коробчатой формы 20
Обзор теоретических и экспериментальных исследований процесса пневмотермической формовки 24
Краткие выводы. Задачи исследования 44
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ 46
Разработка математической модели формовки деталей коробчатой формы в режиме сверхпластичности 46
Методика расчета технологических параметров пневмотермической формовки 51
1. Исходные уравнения и допущения 51
2. Определение технологических параметров «давление-время» при пневмотермической формовке 55
3. Определение параметров контролируемого участка на различных стадиях процесса 58
Разработка алгоритмов расчета технологических параметров пневмотермической формовки 68
Построение обобщенной кривой нагружения 73
1. Стадия свободной выдувки мембраны 73
2. Стадия оформления дна 74
3. Стадия формовки-калибровки углов 75
4. Построение обобщенной кривой нагружения 78
Краткие выводы 81
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ 82
3.1. Условия проведения экспериментов 82
3.2. Проверка исходных допущений и 86 предпосылок
3.3. Апробация методики расчета 101
3.4. Определение характера распределения толщины по поверхности детали 108
3.5. Влияние геометрических параметров деталей на технологические возможности процесса 112
3.6. Краткие выводы 113
ОПЫТНЫЕ РАБОТЫ 114
4.1. Опытно-промышленные работы 114
4.1.1. Условия проведения и содержание опытных работ 114
4.1.2. Разработка методики расчета технологических параметров 115
4.1.3. Экспериментальные работы 119
4.1.4. Проектирование и изготовление технологической оснастки 127
4.1.5. Формовка обтекателей 128
4.1.6. Результаты работ по формовке «обтекателя» 130
4.1.7. Формовка деталей других типов 131
4.2. Конструктивно-технологические рекомендации 134
4.2.1. Содержание и порядок разработки процесса сверхпластической формовки 135
4.2.2. Проектирование оборудования 138
4.2.3. Проектирование технологической оснастки 143
4.2.4. Рекомендации по выбору конструктивных параметров детали 148
4.3. Краткие выводы 149
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 151
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 153
ПРИЛОЖЕНИЯ 159
Введение к работе
В практике отечественного и зарубежного машиностроения последних лет все более широкое применение находят процессы штамповки листовых деталей в режиме сверхпластичности. Применение эффекта сверхпластичности резко увеличивает деформационную способность сплавов, что:
- во-первых, обеспечивает возможность создания перспективных конструкций, в более полной степени отвечающих возрастающим требованиям к массе, прочности и надежности;
- во-вторых, сокращает количество основных и сопутствующих операций технологических процессов, уменьшает количество и стоимость штамповой оснастки, сроки и затраты на технологическую подготовку производства, снижает трудоемкость изготовления и себестоимость продукции.
Наиболее отработанным процессом сверхпластической штамповки является в настоящее время пневмотермическая формовка (ПТФ) -формообразование листовых деталей избыточным давлением газа при температурно-скоростных условиях деформации, обеспечивающих проявление штампуемым сплавом свойств сверхпластичности.
Широкие исследования сверхпластичности начаты с середины 60-х годов. Исследования эти носили в основном металловедческий характер -поиск сверхпластичных сплавов, определение режимов и условий проявления сверхпластичности, исследование характеристик сплавов, влияния на них структуры и других факторов.
Важным выходом работ явилось заключение, что эффект сверхпластичности наблюдается во всех практически важных системах (на основе AI, Mg, Ті, Fe, Ni). Особенно важным является тот факт, сверхпластичность проявляется в большинстве известных промышленных сплавов (необходимо правильно подобрать температурно-скоростные режимы деформации и, если необходимо, подготовить структуру) [1-3].
Другим важным результатом работ 60-х годов явилась постановка вопроса о практическом применении сверхпластичности. Было показано, что эффект сверхпластичности имеет место не только при линейном растяжении, но и при других схемах напряженного состояния, характерных для различных процессов обработки металлов давлением [4-7].
Актуальность темы. Пневмотермическая формовка листовых деталей интенсивно осваивается рядом фирм США, Канады, Великобритании, Франции, Германии и др. Процесс используют в автомобильной промышленности, в производстве приборов и электроники, элементов архитектурного оформления, медицинского и бытового оборудования.
Особый интерес к процессу ПТФ проявляют фирмы, занимающиеся производством военной и гражданской аэрокосмической техники, что обусловлено применением в их конструкции высокопрочных труднодеформируемых сплавов. В самостоятельные группы формуемых деталей могут быть выделены полые осесимметричные детали, детали коробчатой формы, детали сложной формы типа обтекателей, плоские детали и панели с элементами жесткости различной конфигурации.
Объектом исследования являются процесс пневмотермической формовки деталей коробчатой формы в режиме сверхпластичности.
Предметом исследования являются механика протекания и технологические параметры процесса формовки деталей коробчатой формы в режиме сверхпластичности.
Целью исследования является освоение и внедрение на производстве технологии формовки деталей коробчатой формы в режиме сверхпластичности.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи: - исследование механики, особенностей и основных закономерностей процесса формовки деталей коробчатой формы;
- разработка математической модели и методики расчета технологических параметров процесса формовки ДКФ при контролируемых температурно-скоростных условиях деформации;
- разработка рекомендаций по конструктивно-технологической отработке ДКФ под формовку в состоянии сверхпластичности.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- исследована механика, особенности и основные закономерности процесса пневмотермической формовки деталей коробчатой формы. Показана необходимость выделения трех характерных стадий процесса - свободная формовка, оформление дна и формовка-калибровка углов;
- разработана математическая модель и методика расчета технологических параметров процесса формовки ДКФ при контролируемых температурно-скоростных условиях деформации;
- разработаны рекомендации по конструктивно-технологической отработке деталей коробчатой формы под формовку в состоянии сверхпластичности.
Практическая ценность работы состоит в создании на базе теоретических и экспериментальных исследований практических рекомендаций по проектированию технологических процессов формовки деталей коробчатой формы в режиме сверхпластичности, расчету технологических параметров и проектированию технологической оснастки. Разработано программное обеспечение, позволяющее рассчитывать технологические параметры формовки.
Реализация результатов работы: Разработана и внедрена отпытно-промышленная установка для формовки алюминиевых сплавов на ОАО «Корпорация «Тактическое ракетное вооружение». Освоена прогрессивная технология формовки в режиме сверхпластичности трех наименований деталей изделий предприятия.
Публикации и апробация работы. Основное содержание работы изложено в 4-х научных статьях, докладывались на 7 науно-технических конференциях.
Результаты работы отмечены поощрительной премией конкурса молодых ученых им. СП. Королева за 2005 год.
Доклад на тему «Применение эффекта сверхпластичности для производства изделий аэрокосмической отрасли» отмечен премией «За наиболее значимый научный доклад» на «3-й научно-практической конференции молодых ученых и специалистов авиационно-космической промышленности 2005».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Полный объем работы составляет 160 страниц, в том числе основной текст 152 стр., 82 рисунка и 37 таблиц, список литературы - (72 наименования, 6 стр.), приложения.
В главе 1 определена область применения технологии формовки в режиме сверхпластичности, определены контсрутивно-технологические параметры деталей коробчатой формы, проведен обзор теоретических исследований, показавший недостаточную изученность вопроса пневмотермической формовки деталей коробчатой формы в режиме сверхпластичности.
В главе 2 проведен теоретический анализ процесса. Разработана математическая модель формовки деталей коробчатой формы в режиме сверхпластичности. На основе математической модели получены расчетные зависимости для определения технологических параметров формовки, методика проведения расчетов и расчетные алгоритмы.
В главе 3 изложены методика проведения и приведены результаты экспериментальных исследований. Сходимость результатов теоретических расчетов и экспериментов подтверждает адекватность разработанной математической модели и применимость предложенной методики расчета для определения технологических параметров формовки.
В главе 4 даны рекомендации по внедрению технологии пневмотермической формовки в режиме сверхпластичности на производстве, изложены результаты опытно-промышленных работ.
