Введение к работе
Актуальность работы. В современных условиях эксплуатации летательных аппаратов (ЛА) постоянно возрастают требования к их надежности, а постоянное усложнение авиационных конструкций приводит к повышению требований к качеству изготовления деталей. Важнейшей задачей является предотвращение ранних усталостных разрушений элементов силовых деталей планера. Значительную часть силовых деталей конструкции ЛА составляют тонколистовые детали из алюминиевых сплавов, получаемые штамповкой. Однако, зачастую такие детали имеют недостаточные показатели технологичности и усталостной долговечности в процессе эксплуатации. Основная причина заключается в том, что при применении традиционных технологических процессов изготовления таких деталей, возникают технологические дефекты, в виде отклонений от требуемой геометрии и в виде несплошностей материалов.
В настоящей работе решены задачи повышения качества тонколистовых деталей ЛА, получаемых штамповкой, путем уменьшения технологических дефектов сплошности материалов в местах ослабления тонкостенных элементов конструкции. Управление интенсивностью упругопластической волны сжатия в материалах при воздействии импульсным магнитным полем (ИМП) на заготовки позволяет уменьшить объем дефектов сплошности материала. Разработанные методы и средства управления технологическими процессами обработки давлением ИМП существенно повышают качество штампуемых деталей, уменьшают объемы трудоемких упрочняющих и ручных доводочных работ в опытном и серийном производстве, что обуславливает актуальность настоящей работы.
Цель: уменьшение объема дефектов сплошности тонколистовых деталей летательных аппаратов магнитно-импульсной обработкой (МИО).
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследования:
-
Исследовать влияние основных факторов нагружения и характеристик обрабатываемого материала, определяющих уменьшение объема дефектов сплошности при импульсной обработке материалов. Исследовать возможность использования импульса давления в зоне дефекта сплошности как оптимизационной характеристики, позволяющей определять наиболее эффективные режимы любой импульсной обработки давлением для уменьшения объема дефектов слошности с сечениями любых форм.
-
Экспериментально исследовать воздействие ИМП на дефекты сплошности материалов деталей летательных аппаратов. Оценить достоверность результатов численного моделирования.
-
Разработать технологические рекомендации по проектированию оптимальных процессов изготовления тонколистовых деталей, конструкций индукторов и технологической оснастки для обработки ИМП деталей и узлов
летательных аппаратов. Осуществить внедрение разработанных методик на авиационных предприятиях. Научная новизна
-
Установлены зависимости амплитуды импульсной обработки тонколистовых деталей ЛА, получаемых из алюминиевых деформируемых сплавов штамповкой, от коэффициента вытянутости дефектов сплошности материалов деталей, позволяющие прогнозировать влияние вытянутости дефектов сплошности материала детали на амплитуду импульсной обработки (ударом и магнитно-имульсная обработка), уменьшающей объем дефектов сплошности тонколистовых деталей ЛА.
-
Разработаны новые методики моделирования и расчета технологических режимов импульсной обработки, уменьшающей объем технологических дефектов ' сплошности в тонколистовых деталях ЛА, получаемых из алюминиевых деформируемых сплавов штамповкой, с результатами расчетов, представленными в виде теоретических номограмм, в которых:
в модели материала в качестве новой характеристики используется коэффициент вытянутости дефектов;
в качестве оптимизационной характеристики амплитуды импульсной обработки используется импульс давления в зоне вытянутого дефекта сплошности.
Проведена экспериментальная проверка рассчитанных по теоретической номограмме режимов магнитно-импульсной обработки уменьшающей объем технологических дефектов сплошности на материалах кольцевых тонколистовых образцов.
Методы исследования. Использовались теоретические и
экспериментальные методы исследования процессов импульсной обработки тонколистовых деталей ЛА.
Теоретическое исследование выполнялось с помощью математического моделирования в рамках механики сплошной среды. Поведение материала тонколистовых деталей ЛА при импульсной обработке давлением описывалось моделью упругопластического течения Прандтля-Рейсса. Расчеты проводились с использованием программного комплекса KRUG, разработанного в ИТПМ СО РАН.
Экспериментальные исследования проводились на магнитно-импульсных установках МИУ-10У и МИУ-15. Высокоскоростная фотосъемка процессов магнитно-импульсного формообразования тонколистовых деталей выполнялась с помощью камеры Cordin 505 в проходящем свете. Изучение внутренней структуры образцов осуществлялось с применением электронного сканирующего микроскопа LEO-420. Для обработки и анализа экспериментальных данных использованы вероятностно-статистические методы.
Практическая значимость работы. В результате выполненных исследований разработана методика расчета технологических режимов обработки деталей ЛА импульсным воздействием, с результатами,
представленными в наиболее рациональном для производственных условий виде - номограмм. При использовании эффективных технологических режимов магнитно-импульсной обработки (МИО) тонколистовых деталей ЛА происходит повышение качества деталей, уменьшается объем технологических дефектов сплошности в материалах этих деталей.
". Разработан новый состав технологического процесса изготовления тонколистовых деталей ЛА с отбортовкой по контуру с использованием ИМП, в котором наряду с операцией формообразования предлагается осуществлять дополнительное воздействие ИМП для уменьшения технологических дефектов сплошности материалов деталей.
Анализ микрошлифов, полученных электронной микроскопией, показал, что магнитно-импульсная штамповка тонколистовых деталей ЛА по сравнению со штамповкой эластичной средой оказывает меньшее влияние на исходный объем дефектов сплошности материала деталей из алюминиевых сплавов. Согласно анализам результатов электронной микроскопии - объем деформационных несплошностей, образующихся при деформировании ИМП, приблизительно в 1,5 раза меньше.
Разработаны универсальные и специальные конструкции индукторов с биметаллическими спиралями (медь-сталь), технологические схемы оснастки и приспособлений для выполнения технологического процесса магнитно-импульсной обработки тонколистовых деталей ЛА, входящих в конструкции изделий, производимых холдингом ОАО «Компания «Сухой».
Объективность исследований подтверждена тестовыми расчетами задач (хорошее и удовлетворительное совпадение теоретических и экспериментальных данных) и применением сертифицированного экспериментального оборудования.
Достоверность используемых математических моделей подтверждена экспериментами и сопоставлением результатов численного моделирования с результатами экспериментов, проведенных на аттестованном оборудовании, оснащенном поверенной аппаратурой и приборами контроля.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на следующих конференция и семинарах:
-
Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации.-2006» 21-23 апреля 2004 г в г. Новосибирске;
-
Всероссийских научно-технических конференциях «Наука. Промышленность. Оборона» 2006, 2007, 2009 и 2010 гг. в г. Новосибирске.
-
Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов. 7-11 апреля 2008 г., в г. Красноярске.
-
III Международной научно-технической конференции «Металлофизика, механика материалов, наноструктур и процессов деформирования» (3-5 июня 2009 г.) в г. Самара, СГАУ
-
XIII- Международной научной конференции, посвященной 50-летию Сибирского государственного аэрокосмического университета имени
академика М.Ф. Решетнева «Решетневские чтения» 10-12 ноября 2009 г. в г. Красноярске
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 11 статьях, в том числе 2 статьи в изданиях рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Работа содержит четыре главы, общие выводы, список литературы (106 наим., 12 стр.) и приложение (1 стр.). Объем диссертации без приложений 119 стр. основного текста, 74 рисунка, 7 таблиц.
