Разработка и исследование высокоэффективных технологических процессов деформирования раздачей трубчатых заготовок

Марьин, Борис Николаевич

Разработка и исследование высокоэффективных технологических процессов деформирования раздачей трубчатых заготовок тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

Марьин, Борис Николаевич АВТОР

доктора технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Владивосток МЕСТО ЗАЩИТЫ

1998 ГОД ЗАЩИТЫ

01.02.04 КОД ВАК РФ

Диссертация по механике на тему «Разработка и исследование высокоэффективных технологических процессов деформирования раздачей трубчатых заготовок»

Автореферат диссертации на тему "Разработка и исследование высокоэффективных технологических процессов деформирования раздачей трубчатых заготовок"

На правах рукописи

Марьин Борис Николаевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДЕФОРМИРОВАНИЯ РАЗДАЧЕЙ ТРУБЧАТЫХ ЗАГОТОВОК

01.02.04- .механика деформируемого твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Владивосток 1998 г.

Работа выполнена в Комсомольском-на-Амуре авиационном производственном объединении

Официальные оппоненты: Академик РАН, доктор технических наук, профессор Новиков Ива Иванович

доктор физико-математических наук, профессор Хромов Александр Иго ревич

доктор технических наук, профессор Антипов Евгений Алексеевич

Ведущее предприятие: акционерное общество открытого типа опытное конструкторское бюрс Сухого (г. Москва)

Защита состоится 27 октября 1998 года на заседании диссертационного совета Д 002.06.07 в Институте автоматики процессов управления. ДВО РАН при Президиуме ДВО РАН по адресу: 69004], г. Владивосток, ул. Радио, 5, ИАПУ ДВО РАН, аудитория 510.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института автоматики процессов управления

Автореферат разослан " 25 "_сентября ] 993 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 002.06.07, к.ф-м.н.

М.А. Гузев

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы.

Развитие механики деформируемого твердого тела неразрывно связано со всеми отраслями промышленности, где используются передовые достижения науки и техники, в т.ч. и с авиационной промышленностью.

Изыскание и разработка новых, а также усовершенствование существующих в настоящее время технологий связано с возрастанием требований к качеству и экономичности выпускаемых изделий, в т.ч. и самолетов. Это уменьшает материалоемкость конструкции, увеличивает удельную прочность и жесткость деталей планера, позволяет применить все более высокопрочные и труднодеформируемые металлы при увеличении монолитности и точности изготавливаемых деталей. Трудоемкость каждой преемственно-последующей машины увеличивается на 20 ... 50 % при постоянном уменьшении количества работающих в производственной сфере.

Одним из важнейших элементов конструкции самолетов являются трубопроводы, по объему холоднодеформируемых деталей в конструкции летательных аппаратов (ЛА) они составляют вместе с листами и профилями 70...80 %. По трудоемкости трубопроводы равны 10 % от изготовления деталей планера, в т.ч. патрубки составляют 10 - 15 % от трудоемкости заготозительно-штамловочнм.х работ (см. рис. 1).

В трубопроводных системах ЛА широко используются детали типа тройников, переходников, крутоизогнутых патрубков, фитингов. Номенклатура таких деталей на самолетах легкого класса исчисляется сотнями, а на самолетах тяжелого класса - тысячами. Штампо-сварные патрубки составляют 20 - 40 % от общего производства деталей систем трубопроводов, от которых во многом зависит надежность в эксплуатации и ресурс летательных аппаратов (ЛА).

Трубопроводы работают в условиях сложного нагружения. Они испытывают действие высоких давлений, пульсирующей нагрчзки и гидравлических ударов, поэтому к ним предъявляются высокие требования по физико-механическим свойствам материала, по чистоте внешней и внутренней поверхностей, по искажению формы сечения, а также по максимально допустимому утонению стенок трубы.

Практика эксплуатации показывает, что наибольшее количество

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Объем холоднодефор- Трудоемкость мзготоа- Аварии и катастрофы мируемых деталей в ления деталей планера конструкции ЛА /по

ном7

Рост трудоемкое™ формовки

Су7 Су17 Су25 Су27 Су35

Преимущества процессов формообразования деталей из трубчатых заготовок:

высокая экономическая эффективность, возможность механизации и автоматизации, получение детален с заданными точностью и физико-механическими свойствами

Рис. 1. Основы проектирования эффективных процессов формообразования деталей из трубчатых заготовок

разрушений трубопроводов связано с утонением а местах изгибов и резкого перехода от одного диаметра к другому. Значительно снижают работоспособность трубопроводов такие факторы, как чрезмерная эллипс-ность и волнистость стенок, то есть те нежелательные явления, которые сопровождают процесс деформирования заготовки в деталь.

Это свидетельствует о том, что процессы деформнрования должны обеспечивать высокие и стабильные физико-механические свойства материала труб, высокую чистоту внутренней и внешней поверхностей, минимального утонения и искажения формы сечения элементов трубопроводов.

Эти требования приводят к необходимости разработки принципиально новых способов изготовления элементов труб из тонкостенных алюминиевых, титановых и коррозионностойких стальных трубчатых заготовок (ТЗ), которые могли бы обеспечить высокое и стабильное качество трубопроводов.

Кроме обеспечения функциональных качеств элементов трубопроводов, технологические процессы их получения должны быть универсальными, гибкими, недорогими и нелефииитными, должны легко механизироваться и автоматизироваться.

В представленной диссертации на базе проведенных исследований разработаны высокоэффективные процессы пластической деформации на основе математического моделирования процесса деформирования и его оптимизации. Выявление основных параметров процессов и управление ими позволяет увеличить степень деформации за один переход в 2 раза, .получать детали заданной точности и внутренней чистоты поверхности при минимальной трудоемкости и себестоимости, улучшить физико-механические свойства и повысить ресурс изготавливаемых деталей.

Разработанные методы и средства управления процессами пластической деформации существенно снижают затраты производства при освоении новых изделий в особенности из высокопрочных трудно деформируемых сплавов, уменьшают или ликвидируют объем ручных работ в опытном и серийном производствах.

Цель работы

Изучение процесса получения детали при деформировании трубчатой заготовки, усовершенствование и освоение новых технологий.

Методы исследования, использованные в работе, включают в себя:

— математическое моделирование и исследование процессов пла стического деформирования трубчатой заготовки с деталь;

— исследование влияния технологических факторов на качество изготавливаемых деталей;

— экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния (НДС) по изменению параметров методом делительных сеток;

— статические, усталостные и виброиспытания образцов, металлографические исследования макро- и микроструктуры, химический анализ поверхностного слоя деталей после штамповки.

Научная новизна заключается в следующем:

— разработана математическая модель процесса раздачи труб по жесткому пуансону, учитывающая влияние сил трения между заготовкой и поверхностью пуансона, упрочнение материала в процессе деформирования, силовую, термическую и электротермическую интенсификации;

— выполнен весь комплекс экспериментальных исследований характеристик деталей из алюминиевых и титановых сплавов и нержавеющих сталей после разных схем нагружения, на основе которых предложены и разработаны: оптимальные режимы энергетического и силового воздействия на заготовку; определены оптимальные способы наталкивания ТЗ на конусообразные пуансоны, например: пакетные, острым углом ТЗ по вогнутой образующей рогообразного сердечника, создание противодавления со стороны переднего торца ТЗ за счет упорного кольца; определены оптимальные сборно-разъемные конструкции пуансонов, обеспечивающие необходимый температурный режим и трение.

Достоверность работы подтверждается использованием при теоретических исследованиях фундаментальных уравнений механики деформируемого твердого тела, апробированного численного метода решения дифференциальных уравнений пластического течения, удовлетворительным соответствием теоретических и экспериментальных данных в проводимых исследованиях.

Практическую значимость работы определяют: — методика расчета эффективных типовых процессов формообразования деталей из трубчатых заготовок, оригинальные конструкции ос-

настки, методы штамповки, защищенные рядом авторских свидетельств и патентов на изобретения;

— рекомендации по технологическому проектированию заготовок и деталей, а также классификатор деталей, переводимых на изготовление деталей из трубчатых заготовок для опытного и серийного производства;

— гистограммы газонасышения, микротвердости и изменений химического состава поверхностного слоя металла детали после электротермического воздействия;

— комплексные материалы по разработке и внедрению технологических процессов, изложенные в РТМ 1.4.1245-83 "Формообразование элементов трубопроводов методом раздачи трубных заготовок с нагревом", РТМ 1.4.1999-90 "Производство сварных высокоресурсных трубопроводов", РТМ 1.4.2019-90 "Формообразование элементов трубопроводов с нагревом", СТП 671.135.89 "Унифицированные элементы трубопроводных систем" и трудах НИАТ № 417 и 428.

Реализацию в промышленности подтверждают:

методы расчета, методики проектирования и практические рекомендации, разработанные на основе выполнения НИР в 1982 - 1997 г.г. под руководством и при участии автора, нашли практическое применение на предприятиях авиационной промышленности. На Комсомольском-на-Амуре АЛО создан комплексно-механизированный участок по серийному изготовлению деталей из трубчатых заготовок из алюминиевых и титановых сплавов и нержавеюших статей, кроме того, данная технология передается по лицензии в Шэньянскую самолетостроительную компанию (КНР). Годовой экономический эффект от внедрения разработок составляет 80 млрд. руб. (в ценах 1995 г).

Апробация работы заключается а том, что основные разделы и результаты работы доложены и обсуждены на межотраслевой конференции "Прогресс в области обработки труб" (Хабаровск, 1984); отраслевой конференции "Опыт создания высокоресурсных трубопроводов" (Москва, НИАТ, ¡985): отраслевом совещании "Проектирование и изготовление высокоресурсного трубопровода большого диаметра" (Киев, НИАТ, 1988): отраслевой конференции "Разработка малоотходной технологии и создание высокопроизводительного оборудования для специализированного производства отводов к трубопроводам, изделий и технологических установок" (Москва, НИАТ. 1992); международной конференции "Технические средстза. методы расчета прочностных характеристик, тех-

нологии, обеспечивающие надежность и долговечность деталей и конструкций из новых материалов в машиностроительной, горнодобывающей и нефтегазовой промышленности" (Комсомольск-на-Амуре, КнАПИ, 1992); ВДНХ СССР, Выставке Заслуженных изобретателей РСФСР 1992 г., где экспонат был удостоен Золотой медали; международном научно-техническом симпозиуме "Наукоемкие технологии и проблемы их внедрения на машиностроительных и металлургических предприятиях Дальнего Востока" (Комсомольск-на-Амуре, КнАПИ, 1994); 4-й Дальневосточной научно-практической конференции "Совершенствование электрооборудования и средств автоматизации технологических процессов промышленных предприятий (Комсомольск-на-Амуре, КнАГТУ, 1995); 4-й Международной конференции "Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов (Воронеж, ВГТУ, 1996); Всемирном Салоне изобретений Брюссель-Эврика (Бельгия, 1995,1996), где экспонаты были удостоены серебряной и золотой медалей; международной научно-технической конференции «Проблемы механики сплошной среды» (Комсомольск -на-Амуре, 1997); семинаре научно-исследовательского института авиационной техники Шэньянской самолетостроительной компании (КНР, 1998 г.); семинарах по проблемам сплошной среды в Институте автоматики процессов управления ДВО РАН (Владивосток, ИАПУ, 1997-1998).

Публикации.

Основные результаты исследований опубликованы в 77 работах, в том числе: 7 монографиях, 32 изобретениях, 38 научных трудах, статьях и докладах.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы и приложений. Диссертация содержит 200 стр. основного текста, 93 рисунка, 20 таблиц, список литературы и приложения.

Личный вклад автора. Во всех 77 работах автор самостоятельно проводил все теоретические и экспериментальные исследования, и разделы, касающиеся изготовления элементов трубопровода, были написаны лично автором, 12 работ выполнены без соавторов. Во всех научно-исследовательских работах автор, как начальник научно-производственной лаборатории, являлся ответственным исполнителем всех отчетов по этапам работ и непосредственным исполнителем соответствующих разделов.

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации и приведена общая характеристика работы. . •

В первой главе проводится конструктивно-технологический анализ (рис. 2), который показывает, что элементы трубопроводов выполнены в виде крутоизогнутых патрубков, переходников, тройников, фитингов, фланцев, законцовок, муфт, диаметрами от 6 до 100 мм, радиусом изгиба равным 0,5 диаметра патрубка, соотношением одного диаметра к другому ао 2-х раз, указана возможная технология при изготовлении того или иного элемента труборовода. Кроме того, необходимо добавить, что изготов-1ение представленных деталей производится из трубчатых заготовок, толщиной стенки от 0,5 до 2,5 мм.

Над конструкцией конусообразных пуансонов (рис. 3) работали шого институтов и фирм. Представлены конструкции рогообразных сер-:ечников академика H.A. Доллежаля, института Гипронефтемаш, фирмы Тейлор фордж" и других.

На основе конструктивно-технологического анализа делаются вы-оды о необходимости решения следующих задач:

— теоретического и экспериментального исследований процессов ормообразования деталей из ТЗ с применением ЭТВ (в особенности детей из труднодеформируемых металлов) на базе математического мо-глирования и оптимизации параметров процесса;

— разработки схем, режимов, конструкции инструмента и средств травления процессами формообразования деталей из ТЗ;

— разработки методики определения энергетических параметров и обходимой мощности установки ВЧУ и трансформатора для ЭТВ на готовку; 1

— комплексного исследования влияния формообразования деталей ТЗ с применением ЭТВ на физико-химические и мехашгческие свойст-материала деталей:

— разработки типовых технологических процессов формообразо-П1Я деталей из ТЗ и рекомендаций по освоению их в производстве:

— разработки методики проектирования сборно-разъемного инст-1ента и формы ТЗ с учетом применения материалов с разной мзгнит-i проницаемостью и электросопротивлением;

— разработки оптимальных н перспективных схем формообразова-деталей из ТЗ с применением ЭТВ с учетом формы заготовки и

<струкции оснастки.

Тип Эскиз элемента Название Характеристика детали Возможная технология

I Круто изогнутый патрубок 0=20... 100 мм Я = (0,5...2,5)0 Гибка-раздача по рогообразному сердечнику с нагревом

и Переходник 0=10... 100 мм О ="0( £2 Раздача по жесткому пуансону с нагревом

О е

III а Крутоизогнутый переходник 0=10... 100 мм а 2 90° Раздача по рогообразному сердечнику с нагревом

IV ■н™ <5 Асимметричный переходник 0=10...100 мм 0,/022 Раздача по конусообразному жесткому пуансону с последующей калиб-

| роакои с нагрезом

V АЗГ- Переходник 13=10... 100 мм 01 !£> £ 1,3 Ог / О £ 2 Дзусторонняя раздача по жесткому конусообразному пуансону с последующим нагревом большего диаметра

VI 1 Ступенчатый переходник 15= ¡0... 100 мм 0,/0< 1,3 02 / О £ 2 Холодная раздача по жесткому пуансону с последующей раздачей с нагревом

VII гг-ЯЧ Тройник 0=20... 100 мм О, < О Отоортовка фланца в стенке трубы с нагревом

Рис. 2. Классификатор деталей, изготавливаемых из трубчатых заготовок

Тип Эскиз элемента Название Характеристика детали | Возможная технология

VIII Фитинг 0=20... 100 мм 0,/О 5 1.1 Гибка-раздача по рогообразному сердечнику с последующей раздачей и отбортовкой фланца с нагревом '

IX а Фланец 0=15...70 мм 0,/0<; 1,8 Раздача с нагревом по жесткому пуансону

X 1 Закониозкз 0= 15...70 мм ОгШ, 5 1.8 Раздача посредством эластичной среды

XI Патрубок 0=20 ..100 мм 1.0...2,5 Гибка вталкиванием а фильеру

XII <5_ а с=з' / "\ 1 Кожух 0=20... 100 мм 0|/0:5 1,3 Обжим эластичной средой г последующей пробивкой отверстий полиуретаном

XIII 1£Жв Муфта 02/0, £ 1,3 Раздача эластичной средой с последующей пробивкой отверстий полиуретаном

XIV <5 Закоицовка 0 = 6 ...34 мм О, /йг< 1,8 Зазальцовка в жесткой матрице

XV У \ <5 Захонцоака О - 6... 100 мм 0;/0, 5 1,8 Развальцовка по жесткому пуансону

Рис. 2. (продолжение:!

О»

Рис. 3. Конструкции конусообразных пуансонов: а) конструкция рогообразного сердечника, впервые предложенная академиком H.A. Доллежалем;

о) конструкция сердечника, разработанная Гипронефтемаш;

в) рогообразный сердечник фирмы "Тейлор Фордж" (США);

г) рогообразный сердечник фирмы "Феникс Рейнор" (ФРГ);

д, е) конусообразные пуансоны, предложенные профессором М.Н. Горбуновым;

ж) пуансон, изображенный в учебном пособии В.П. Романовского

Во второй главе строится математическая модель процесса раздачи тел вращения ТЗ. При реализации, решения сформулированной системы уравнений используется численный бескоординатный метод решения уравнений пластического течения, предложенный В.И. Одиноковым.

Теоретическими и практическими исследованиями процессов формообразования деталей из ТЗ, в том числе с нагревом, посвяшены работы % Р.И. Тавасшерны, В.И. Ершова, М.Н. Горбунова, В.Б. Юдаеза, В.П. Лукьянова, Ю.Н. Алексеева, О.В. Попова, Е.И. Исаченкова и других специалистов в области обработки металлов давлением и технологии производства ЛА. Несмотря на теоретическую и практическую значимость указанных работ, решение проблемы формовки деталей из ТЗ при сложной схеме деформирования, в том числе с ЭТВ на заготовку, далеко до завершения, особенно это касается тонкостенных титановых деталей. Анализ указанных работ позволил сделать вывод о необходимости дальнейших исследований НДС, возникающего при изготовлении деталей из ТЗ.

Выбранный численный метод позволяет определять с одинаковой точностью поля напряжений, деформаций, температур и формообразования профилей с учетом физической неоднородности. Суть метода заключается в следующем. Исследуемая область разбивается криволинейными поверхностями на конечное число ортогональный элементов. Для каждого элемента записывается сформулированная в постановке задачи система дифференциальных уравнений в разностном виде и система начальных и граничных условий. В результате имеем систему алгебраических уравнений, содержащую значения напряжений, скоростей перемещений по граням каждого элемента и матрицу' из длин дуг самих элементов. Построенная система уравнений решается по разработанному в диссертации алгоритму.

Исследуется НДС в процессе изготовления переходника, представляющего собой тело вращения и имеющего по концам разные внутренние диаметры. Такая деталь изготавливается на специальной установке путем раздачи одного конца на жестком пуансоне (рис. 4). Принимается пуансон - абсолютно жестким телом. Рассматривается деформация только ТЗ.

Рис. 4. Схема раздачи концов ТЗ по жесткому пуансону

При этом будут наблюдаться два процесса. Первый - нестационарный режим раздачи, когда происходит под действием упорного кольца наползание свободного конца трубной заготовки на жесткий пуансон. Второй - стационарный режим, когда свободный внутренний конец трубной заготовки приобрел радиус Л* (рис. 5).

Постановка задачи.

Рассматривается осесимметричное тело вращения. Деформируемый материал принимается изотропным и несжимаемым. Течение металла

считается медленным (пренебрегаем инерционными силами). Массовыми силами также пренебрегаем.

В Эйлеровой системе координат рассматриваемый процесс опишем следующей системой уравнений с учетом, что V* =0, 2} =0,

си=сг2}=0.

1. Нестационарный режим

Сц,;=0; а,, -о&<, = 0,5(4, + ) (I)

0; $-=аЛв+Р/ср; 1=Т/Н; Н=2(д„ с,/'2; Т=Т(£,д',в).

здесь а,; - напряжения; - компоненты тензора скоростей деформаций,

V,- компоненты скорости перемещений, а • коэффициент температуропроводности, §¡1. символ Кронехера, 9 - температура. £ - степень деформации, 4' - скорость деформации д"=И/-Л; Р=ТН - плотность внутренних источников (диссипация мощности внутренних сил), с- теплоемкость, р - плотность, Г- интенсивность касательных напряжений, определяется из экспериментальных исследований.

2. Стационарный режим

Остается в силе система уравнений (I), кроме уравнения теплопроводности которое будет иметь вид

— = аАв + Р!ср (2)

дт

где дв/ Эх¡+у2 дв/дх2, так как Ф-0

Граничные условия задачи

>'¿»0. (3)

На контактной поверхности 5) примем

Закон трения принимается в виде

= (4)

где !/к - скорость скольжения металла относительно инструмента, п- нормаль к поверхности контакта 5/. у/ - коэффициент трения, у" - заданная скорость раздачи.

Условия поверхности контакта

при >0=><7,,| ; = 0: <г,,[чД = 0:

Граничные условия по температуре

в* - заданная температура.

где а, • коэффициент теплообмена, в? - температура охлаждающей среды на поверхностях 51 ( Ы 1,2,3), X - коэффициент теплопроводности.

В третьей главе на основе математической модели, описанной во второй главе, анализируется НДС процесса раздачи ТЗ в условиях осе-симметричного деформирования. Для функции Т-Т(е,£,',в) в пластической области использовалась формула Н"

~{1+Н*)' (5)

гдег„ = г0[^]-г, ^(«„-4 (6)

а=Ко9/во-к,.

Здесь То, Т1, ко,к1- параметры зависящие от марки стали; 9о=1000°С;

900°>6<1200°; е < 0,7; 1000 с1.

Имеются данные для параметров т0,г,.кьк:, £о для 22 марок стали.

Аналитическая зависимость (5, б) справедлива в ограниченном диапазоне температур.

Было проведено специальное исследование по деформированию металла в условиях 0 = 20 + 850 °С и найдена поправочная формула для коэффициента тт, позволяющая расширить диапазон температур (20 + 1250°С)

хт'=кхт (7)

¿=[0.76-х0е/6000-(т!/10)(е/400):]81-79/ 55000, •• 20°< 0 < 900°С.

Эта формула опробована на ст. 3,45, ХВГ, и титановом сплаве ОТ4. Погрешность при сопоставлении с экспериментальными данными не превышает 15%.

На рис. 6-8 приведен фрагмент исследования процесса раздачи ТЗ из стали 12Х18Н1 ОТ при сг,,[= 0, #0 = 15 мм, Я, = 20 мм, Я2 = Яз = 20 мм, а = 28 ¡1 = 5 мм, /о = 10 мм, Ип = 1 мм, V* = 20 мм/с.

Sí/O hila

¡I'll,) • >>•'>' V / /< J ! >71

xuvmnun ¡t ,)>>>> im

ViUHJ.il >>> i ¡ WJÍJJT

Рис. 6 (продолжение).

На рис. 6 приводится эволюция развития напряжений оп, <7;: по мере продвижения ТЗ по керамическому пуансону. Эгпоры Си приведены по опорным сечениям, перпендикулярным криволинейной координате дг,. При этом «косой» штриховкой обозначены сжимающие напряжения С7ц. штриховкой, обозначенной линиями, параллельными криволинейной координате XI - растягивающие напряжения сгм. Эпюры Ст;: приведены'на контактной поверхности и обозначены штриховкой, параллельной криволинейной координате .г:. Как видно из рис. 6, растягивающие напряжения Си имеют место на входе в область раздачи 22 кг/мм2 (поверхность, примыкающая к поверхности пуансона); далее по наружной поверхности ТЗ перед сечением перегиба (44 кг/мм2), на внутренней поверхности после завершения формирования радиуса (79 кг/мм:).

Эпюры напряжений Сзз, сг приведены на рис. 7, а, б. Наибольшие значения растягивающие напряжения имеют по а у, (рис. 7, а - сплошные линии). Показано, что касание пуансона расширяющейся трубной заготовки в стационарном режиме имеет место в локальных местах, а не по всей его поверхности. Это наблюдается по эпюрам <Т;; (рис. 6). Данное обстоятельство безусловно влияет на характер распределения в стенке трубы напряжений Сп, О;;, ст. Результаты расчета показывают, что наибольшее положительное значение напряжение Сц имеет в конце - при формировании радиуса Напряжение с3з имеет максимальное значение также в конце формирования радиуса (80 кг/мм2).

Как следует из рис. 6, б, в. г, д, е, конец заготовки касается поверхности пуансона до сечения перегиба; после перегиба, при выходе на завершающий участок конец пуансона расширяется, не касаясь его образующей (рис. 6, г). На рис. 6, ж, з приведены пунктирной линией эпюры сг:2 (рис. 6, ж), и Сзз (рис. 6, з) по результатам решения задачи с подпором. Величина подпора по аи - 200 МПа. Для сравнения эпюры си, СЬ:, Сзз на этих рисунках показаны без подпора сплошными линиями. Эгпоры напряжений (рис. 7, а, о) при Н„ = 1.5 мм показаны пу нктиром, при Но = 2 мм - пунктиром со звездочкой. То есть с увеличением толщины

наибольшие значения растягивающих напряжений падают. На рис. 7. в, г. д представлены эпюры <т.ь С::- С33. с по результатам решения задачи раздачи одновременно двух труб со слоем смазки. На рис. 8. а приведены кривые деформаций £ по слоям. Здесь I - слой, примыкающий к пуансону.

Как показывает производственный опыт, разрушение патрубка происходит от тангенциальных напряжений <733. Они, как видим, самые большие. Причем площадки, по которым они действуют, являются главными, так как на этих площадках Сз2 = а^ = 0.

При оценке разрушения использовалось неравенство вида |/Шг = ^Я,7;дг1. ¿<т.е., где а.е, - удельная работа при одноосном растя-

жении, <т4.е, - пределы прочности и относительного удлинения материала при растяжении и в = 20 °С, тогда за критерий, характеризующий разрушение при пластической деформации, принимался

1.Т.НА*,

В работе теоретически исследовалась геометрия пуансона и различные способы раздачи ТЗ: раздача с подпором, раздача двух ТЗ со слоем смазки между ними и разными материалами, раздача ТЗ в свинцовой рубашке, исследовалось влияние величины трения на пуансоне, исследованы критерии гофрообразования. Так на рис. 8, б показаны результаты решения задачи при наличии трения на поверхности Sl порядка 2 кг/мм2, Н0 = 1 мм и предыдущих геометрических параметрах. Эпюры и свидетельствуют о том, что процесс при #о = 1 мм не может быть осуществлен - появляются гофры.

На рис. 8, в приведены графики распределения температуры вдоль образующей ТЗ при нестационарном процессе по стадиям / - IV.

На основании проведенных исследований установлено:

1. При раздаче внутренняя поверхность ТЗ касается пуансона не по всей поверхности.

2. Наличие трения на пуансоне может привести\к гофрообразоза-

нию.

3. Наиболее эффективен способ раздачи двух ТЗ. При этом внутренняя труба наиболее подвержена разрушению.

4. Эффективен способ раздачи ТЗ в свинцовой рубашке.

В четвертой главе проведено исследование течения металла при раздаче концов труб по искажению деформированной координатной сетки (рис. 9) тонкостенных труб диаметром 35 мм, толщиной I мм из материала АМГ-2М.

На основании этих исследований установлено:

Рис. 10. Координатная сетка при гибке-раздаче по дугообразному'

сердечнику

1. Ячейки координатной сетки, имеющие до деформации форму квадрата, после раздачи принимают форму прямоугольника, вытянутого в окружном направлении и укороченного в направлении раздачи.

2. Ячейки, находящиеся а зоне перехода ТЗ с одного диаметра на другой, принимают форму трапеции.

3. Линии координатной сетки вдоль образующих ТЗ заготовки, параллельные между собой до деформации, остаются параллельными, эквидистантными после раздачи.

4. Максимальная разница а площадях ячеек в пределах от +1 до

-2 %.

5. Окружные линии координатной сетки на ТЗ, параллельные между собой до деформации, не искривляются после деформации и остаются параллельными.

Проведено исследование течения металла при гибке-раздаче тонкостенных труб по рогообразному сердечнику диаметром 42 мм, толщиной стенки 1,0 мм из материала АМГ-2М по искажению деформированной координатной сетки (рис. 10).

На основании этих исследований установлено:

1. Ячейки координатной сетки, имеющие до деформации металла форму квадрата, после протяжки принимают форму: на вогнутой образующей крутоизогнутого патрубка близкие к прямоугольникам, вытянутым в окружном направлении и укороченным в направлении протяжки ТЗ. В промежуточных местах сетка имеет форму, близкую к трапециям, также вытянутым в окружном направлении и сжатым в направлении протяжки. Интенсивность изменения углов и линейных размеров ячейки увеличивается от выпуклой образующей к вогнутой.

2. Линии координатной сетки вдоль образующих ТЗ, параллельные между собой по деформации, становятся дугообразными эквидистантными образующим крутоизогнутого патрубка.

3. Размер делительной сетки на выпуклой образующей круто изогнутого патрубка в продольном направлении остается практически неизменным, что позволяет принять положение нейтральной линии при раздаче с изгибом на выпуклой образующей крутоизогнутого патрубка. Максимальная разница в площадях ячеек в пределах от +1 % до -2 %.

4. Окружные линии координатной сетки на ТЗ параллельные между собой до деформации металла, не искривляются после деформации, поворачиваясь на некоторый угол; направление этих линий не совпадает с направлением радиуса кривизны крутоизогнутого патрубка.

Таким образом, в процессе одновременной раздачи и изгиба проис-

холит поворот сечений.

Экспериментально установлено, что угол сдвига поперечных сечений крутоизогнутых патрубков при И„=0,15ДН составляет 15°, при Л„=Д, -11 при /?„= 1,5Д„ - 7°, а при ,0Д, равен 4°.

Диаграмма распределения истинных деформаций растяжения и сжатия по сечению отвода в зависимости от угла изгиба и радиуса изгиба показана на рис. 11.

Результаты данных исследований свидетельствуют о том, что изменений по толщине нет, а проведенные линейные замеры подтверждают соответствие толщины стенки цельнотянутых патрубков техническим условиям на поставку труб.

Исключение составляет лишь зона свободной кромки ТЗ, на которой образуются утонения стенки до 20 %.

Оценка предельных возможностей процесса

При раздаче концов ТЗ "опасной зоной" являются ее торцы, так как именно в этих зонах имеют место максимальные деформации и растягивающие напряжения, что приводит к разрушению, а со стороны заднего торца - максимальные деформации сжатия, что приводит к потере устой чивости стенок ТЗ (гофрообразованию).

Автором предложена схема деформирования ТЗ передним острым углом по вогнутой образующей рогообразного сердечника (рис. 12, а), а так же предложена конструкция пуансона для раздачи концов ТЗ (рис. 12, б), что предотвращает разрушение ТЗ по переднему торцу, т.к. опасная зона смещается с переднего торца во внутрь ТЗ. При этом радиус вогнутой поверхности пуансона при раздаче концов ТЗ равен радиусу выпуклой Я2 и равен максимальному диаметру О пуансона, т.е. = Я2 = £>.

При изготовлении фланца перед ТЗ устанавливают подпорное кольцо, а передний торец делают вогнутым цилиндрическим (см. рис. 12, в), что также предотвращает разрушение торца ТЗ.

Возможности операций раздачи ограничиваются потерей устойчивости стенки ТЗ в зоне перехода с цилиндрической штанги на инструмент под действием сжимающих усилий. Именно здесь начинается изменение формы ТЗ и температуры. Практика показывает, что избежать потери устойчивости можно при правильном распределении температурь: в зоне нагрева, плавном и плотном заходе ТЗ на направляющую часть инструмента.

Ряс. 11. Диаграмма распределения испитых деформаций растяжения и сжатия по сечению отвода в зависимости от угла изгиба и радиуса изгиба

'ис. \1. Схемы деформирования ТЗ с учетом предельных возможностей технологических процессов

Предложено направляющую часть на рогообразном сердечнике выполнять съемной, конической со стороны вогнутой поверхности сердечника (см. рис. 12, а), а на пуансоне для раздачи концов ТЗ - съемной, конической (см. рис. 12, б), из металла с низкой магнитной проницаемостью, что обеспечит плотный заход заготовки и необходимый режим нагрева и тем самым предотвратит потерю устойчивости стенки деформируемой ТЗ. Кроме того, с целью предотвращения гофрообразования со стороны заднего торца ТЗ предложено устройство для раздачи концов ТЗ, показанное на рис. 13, где промежуточное кольцо и гидростатическое давление, возникающее между ТЗ, позволяют предотвратить потерю устойчивости стенки ТЗ, а также позволяют получать детали различных типоразмеров за одну операцию.

Также исследовались определяющие особенности и параметры процессов формовки ТЗ, включающие в себя схемы нагрева, смазку, нанесение покрытий на инструмент, влияние формы ТЗ. В процессе проведения экспериментов производился выбор схемы деформирования и инструмента, определялись распределения деформаций, утонения стенок патрубков, изучались образцы, полученные данными способами. Кроме того, произ-

Рис. 13. Устройство для раздачи концов труб

водилась проверка осуществимости выполнения выбранных схем и, наконец, использование результатов экспериментов для выявления возможностей применения данных способов для изготовления деталей, находящихся в особых условиях эксплуатации.

Экспериментальные исследования проводились по методике, позволяющей определить соответствие деталей чертежам и техническим условиям на их изготовление. Методика заключается в следующем:

а) выбор оборудования и Инструмента с учетом оптимальных схем нагрева, смазки, формы ТЗ;

б) исследование деформаций делительной сетки;

в) сравнительный анализ основных расчетных параметров (усилие деформирования, скорость и т.д.) с экспериментальными;

г) исследование физико-механических характеристик патрубков;

д) исследование утоненкя патрубков и его геометрических размеров (эллипсносгь, радиус изгиба патрубков, чистота внутренней поверхности, спиралевидность).

е) исследование микро- и макроструктуры с определением критерия качества;

ж) проведение испытаний на вибростенде;

з) проведение испытаний на герметичность и прочность;

и) исследование влияния термической интенсификации на пластичность и прочность деталей при формообразовании их из титановых ТЗ.

Экспериментальные исследования подтвердили полученные основные технологические параметры процессов:

1. Обрез переднего торца ТЗ под углом 30° к ее оси, наталкивание ТЗ под острым углом по вогнутой образующей сердечника и нанесение оксидной пленки на поверхность ТЗ, кроме зоны переднего торца, позволяют предотвратить разрушение ТЗ по торцу и значительно повышают устойчивость стенки ТЗ за счет ее жесткости, что дает возможность производить гибку труб с радиусом изгиба равным 0,75 диаметра крутоизогнутого патрубка с утонение,м стенки и глубиной рисок, не превышающих допуска. При этом сокращаются отходы на 10-15 %.

2. Вогнуто-выпуклая форма пуансона для раздачи концов ТЗ и подпорное кольцо для изготовления фланца позволяют увеличение диаметра ТЗ в 2.5 раза при их раздаче.

3. Исследование деформаций делительной сетки и исследования утонений ее стенки показали, что максимальная разница в плошадях ячеек составляет от +1 % до -2 %, а утонение не превышает (2 %, что подтверждает правильность выбора схем деформирования. Параллельность и эквидистантность линий делительной сетки говорит о том, что исключена спиралевидность патрубков, а эллипсность уменьшена до 1 %. что под-

тверждается результатами замеров.

4. Выбранные смазка и нанесение покрытий на пуансоны и ТЗ (в частности, для горячей протяжки труб из АМГ-2М, поверхность пуансонов азотировалась на глубину 0,02 - 0,05 мм, а поверхность трубных ТЗ оксидировалась), изготовление направляющей и калибрующей частей ро-гообразного сердечника из стали с низкой магнитной проницаемостью, выполнение на выпуклой поверхности формообразующей ее части ступеней волнообразной формы позволили уменьшить глубину рисок до 0,05 мм, что соответствует техническим условиям на изготовление трубопроводов, износостойкость пуансонов повысилась в 2-3 раза, уменьшилось на 10-15 % усилие гибки-раздачи.

5. Микро- и макроисследования подтверждают, что структурные изменения металла заготовки в очаге деформации не приводят к существенным отличиям от структуры исходной ТЗ, т.к. ее формоизменение осуществляется под механотермическим воздействием, что позволяет в значительной степени измельчать структуру металла в процессе гибки-раздачи и, тем самым, в дальнейшем отказаться от последующей термообработки деталей.

6. Проведение физико-механических испытаний показало, что при неизменном относительном удлинении пределы прочности и текучести увеличились на 10-15 %. Особенно это заметно на крутоизогнутых патрубках со стороны вогнутой образующей. Такое повышение прочности и текучести при неизменном относительном удлинении улучшает прочностные и физико-механические свойства металла, повышая тем самым ресурс и надежность работы деталей.

7. Исследование влияния термической интенсификации при изготовлении титановых патрубков показали повышений прочности и пластичности на 7-15%, мадоцикловой усталости - на 21 %, а окисная пленка не превышает 0,03-0,08 мкм, что соответствует ТУ.

8. Результата испытаний на вибростенде, а также на герметичность и прочность показывают надежность работы деталей в системах трубопроводов.

В целом исследования и испытания подтверждают качественное изготовление элементов трубопроводов, их надежность в работе гидрогазовых систем ЛА.

В пятой главе на основании анализа и обобщения результатов тео-

ретического и экспериментального исследований определены оптимальные схемы деформирования и конструкции пуансонов (рис. 14, 15). Разработаны методика расчета и проектирования оснастки с применением ЭВМ и перспективные схемы изготовления деталей типа раструбов, крутоизогнутых патрубков, тройников, переходников, фитингов (рис. 16), изготовление которых освоено на Комсомольском-на-Амуре авиационном производственном объединении.

Рис. 14. Конструкция пуансона для раздачи концов труб

Результаты исследовании находят практическое применение при изготовлении гидрогазовых систем самолета СУ27 и его модификаций.

Совместно с АООТ ОКБ Сухого проведены испытания на вибропрочность образцов сварных трубопроводов (для топливных и воздушных систем), согласно программе от 10.03.89 график УОТ42Ю и 110, которые подтвердили "возможность применения данной технологии в серийном производстве.

Результаты проведенной работы по теоретическим и экспериментальным исследованиям используются на Комсомольском-на-Амуре АПО и АООТ ОКБ Сухого.

Совместно с АООТ, НИАТ, МГАТУ, АООТ ОКБ Сухого и другими предприятиями разработан РТМ 1.1245.83 "Формообразование элементов трубопровода методом раздачи трубных заготовок с нагрезом", результаты также отражены в РТМ 1.4.2019-90 -'Формообразование элементов трубопроводов с нагревом". СТП 671.135.89 •'Унифицированные элементы трубопроводных систем".

Основные положения этих материалов могут быть использованы для изготовления деталей из ТЗ различной формы из труднодеформируе-

Рис. 16. Перспективные схемы изготовления деталей ТЗ с применением ЭТВ

мых титановых и алюминиевых сплавов. Эти материалы охватывают В1 просы анализа номенклатуры деталей из ТЗ, выбор деталей, расчет и пр ектирование технологических процессов, источников питания, оснастк приспособлений, проектирования и механизации участков изготовлени деталей из труднодеформируемых металлов и их сплавов.

Рассмотрены практически все операции изготовления деталей из' взамен традиционных методов изготовления полупатрубков, ручной доводки и последующей сварки в опытном и серийном производствах.

Разработана методика и блок-схема для расчета на ЭВМ поля ъ пряжений.

Весьма актуальной является задача освоения процесса изготовлен] деталей из ТЗ в опытном производстве, где объем ручных работ достига 80-100%. Опытно-промышленная отработка формообразования деталей из ТЗ с применением ЭТВ показала:

— принципиальную возможность изготовления деталей из ТЗ, в тс числе и из титановых,

— возможность снижения объема ручных работ в 4-5 раз, сущес венного улучшения качества деталей, увеличения допустимой степе? деформирования на 200-250 %.

В КнААПО создан комплексно-механизированный участок по изг товлению деталей из ТЗ. Разработанные процессы во многих случаях ок зались безальтернативными для вновь запускаемых в производство дет; лей.

Формообразование деталей из ТЗ при оптимальных параметрах п( зволило сократить объем ручных работ в 2-3 раза, увеличить предельную степень деформации на 200-250 %, улучшить точность на 2-4 квалитета.

На предприятии принято решение о переводе 90 % листовых дет; лей на трубчатые заготовки. Перспективные направления внедрения ра работанных процессов в виде схем представлены на рис. 16, где изобр; жены следующие технологические процессы:

1 - гибка-раздача по рогообразному сердечнику;

2 - раздача концов ТЗ по выпукло-вогнутому пуансону;

3 - формовка фланца на конце ТЗ;

4 - отбортовка фланца в стенке ТЗ;

5 - раздача ТЗ в матрице.

Анализ технико-экономической эффективности процессов форме образования деталей из ТЗ, освоенных в опытном и серийном произво:

ствах, производился в соответствии с действующими методиками АН РФ, Стандартом предприятия и методическими материалами НИАТ.

Основными статьями эффективности освоения процессов формообразования деталей из ТЗ в серийном производстве явились:

— экономия заработной платы производственных рабочих:

— снижение затрат на изготовление штампов в 5-8 раз;

— экономия металла при штамповке деталей на 20-40 %;

— снижение потерь от брака а 2-3 раза.

Для разных классов деталей себестоимость снизилась в 1,6-2,0 раза. Годовая эффективность от внедрения данной технологии составила 80,0 млрд. руб. (в ценах 1995 года).

Эффективность внедрения процессов формообразования деталей из ТЗ с применением ЭТВ показана на рис. 17.

Наиболее перспективным направлением является штамповка деталей с применением обработки мощными импульсами тока (ОМИТ).

На КнААПО создана опытно-промышленная установка на базе гидравлического пресса НУС160 и трансформатора ТОЭСЗ 250/40, который после доработки может развить мощность в импульсе до 500 кВт. Проведена полная технологическая подготовка для проведения опытно-промышленных исследований штамповки с ОМИТ. Данная установка позволит уменьшить расход электроэнергии в 2-5 раз, снизить температуру нагрева заготовки в 1,5-2,0 раза, повысить эксплуатационные характеристики изготавливаемых деталей по сравнению с освоенной технологией.

Одшие выводы

1. В результате выполнения теоретических и экспериментальных исследований разработаны научно-практические основы проектирования эффективных технологических процессов формообразования деталей из ТЗ с применением ЭТВ. Разработана методика расчета оптимальных параметров те.хнолопгческнх процессов, реализованная для конкретных технологических операций и деталей ЛА.

2. На основе уравнений механики деформируемого твердого тела при использовании численного метола разработана математическая модель процесса формообразования ТЗ в деталь сложной формы, позволяющая рассчитать НДС. скорость и усилия деформирования при формовке деталей с ЭТВ.

3. Разработанный пакет программ позволяет определять оптималь-

100

25 X. 30 V.

ОПЦТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

хллсси

ДЕТАЛИ»

СЕРИЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

^ Г„

[¿¿¿]-С£вЕС79«|М. Ш^З-ТМДОЕМК.

Эффективность освоения процессов с электротермическим воздействием з серийном и опытном производстве

Сг.пч»

_ точность I /пгужннемкс!

\ УТОНЕНИЕ /

| - ТРАДИЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

Технологическая себестои -мость _

Ст-Зм'Зс'ЗиЛЧЧсн'Э* *Лз*ПВР,

УСЛОВНО-ГОДОВАЯ экономия

Эух"С7 -Ст

Экономия годовых производственных ЗАТРАТ.

э^-Зул-ЕЖ-К4;

го ¡а 1,0 и #"■>

мыс сер.

1 ЕЭпр = 80 *«РД- ра?.

Рис. 17. Эффективность освоения процессов формообразования деталей из трубных заготовок с применением электротермического воздействия

ные технологические параметры процесса раздачи н геометрию пуансона при осесимметричном деформировании.

4. Выделены и исследованы основные факторы управления процессами формовки деталей из ТЗ, их влияние на характер НДС, точность формуемых деталей. Разработана методика расчета оптимальных параметров ЭТВ на заготовку по критериям минимальных энергозатрат и максимальных служебных характеристик.

5. Установлено, что в процессе формообразования деталей из ТЗ можно добиться снижения утонения деталей в характерных местах на 20 -50 %, улучшить точность изготавливаемых деталей на 2-4 квалитета по сравнению с традиционными методами штамповки.

Произведен расчет оптимальных параметров основных процессов и инструмента, в том числе и на ЭВМ. Результаты исследований отражены в РТМ, СТП.

6. Проведением испытаний на статическую и усталостную прочность, металлографическими исследованиями установлено, что разработанная технология формовки деталей позволяет увеличить прочность на 8-10 %, а малоцикловую усталость в 2-4 раза. После снятия остаточного напряжения вакуумным отжигом малоцикловая усталость увеличивается еще на 22 %.

7. Разработаны структуры технологических процессов формовки деталей из труднодеформ!груемых ТЗ применительно к опытному и серийному производству. Созданы оригинальная оснастка и инструмент, методы формовки трубчатых деталей сложной формы.

8. Разработаны сборно-разъемные конструкции инструмента и формы ТЗ позволяющие производить формовку деталей с предельным!! возможностями процесса.

9. Результаты работы внедрены на ряде авиационных предприятий, в том числе в КнААПО, где создан комплексно-механизированный участок по изготовлению деталей из ТЗ. Материалы РТМ использованы головным технологическим институтом АООТ НИАТ и рядом предприятий отрасли. Годовой экономический эффект от внедрения данной технологии в производство состават 80,0 млрд. руб. (в ценах 1995 года), кроме того, данная технология передается по лицензии в Шэньянскую самолетостроительную компанию (КНР). Намечены перспективные направления дальнейших исследований.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Интенсификация технологических процессов формообразования деталей из труб / Сапожников В.М., Марьин Б.Н., Попов О.В. и др. М.: Машиностроение, 1995. 176 с.

2. Монтаж, контроль и испытания трубопроводных коммуникаций гидрогазовых систем ЛА / Сапожников В.М., Иванов ЮЛ., Марьин Б.Н. и др. М.: Машиностроение, 1996. 158 с.

3. Интенсификация формообразования деталей из трубчатых заготовок / Марьин Б.Н., Иванов Ю.Л., Сапожников В.М. и др. М.: Машиностроение, 1996. 176 с.

4. Справочник кузнеца-штамповщика / Ершов В.И., Уваров В.В., Марьин Б.Н. и др. М.: Изд-во МАИ, 1996. 352 с.

5. Штамповка, сварка, пайка и термообработка титана и его сплавов в авиастроении / Братухин А.Г., Иванов Ю.Л., Марьин Б.Н. и др. М.: Машиностроение. 1997 г. 600 с.

6. Изготовление трубопроводЬв гидрогазовых систем ЛА / Марьин Б.Н., Иванов Ю.Л., Макаров К.А. и др. М.: Машиностроение. 1998. 400 с.

7. Монтаж, контроль и испытания электротехнического оборудования ЛА / Коптев А.Н., Миненков A.A., Марьин Б.Н., Иванов Ю.Л. М.: Машиностроение, 1998. 295 с.

8. Изготовление изогнутых трубопроводов больших сечений / Куценко В.Г., Борцов В.А., Марьин Б.Н. и др. // Авиационная промышленность, 1980, №8. С. 51.

9. Петров A.M., Марьин Б.Н. Изготовление цельнотянутых тройников, крестовин и фитингов протяжкой с индукционным нагревом И Авиационная промышленность. 1981, №11. С. 46.

10. Баженов В.Ф., Марьин Б.Н. Опыт изготовления элементов трубопровода // Авиационная промышленность. 1982, №2. С. 48.

11. Марьин Б.Н. Проектирование и изготовление рогообразных сердечников для получения цельнотянутых крутоизогнутых отводов труб горячей протяжкой // Авиационная промышленность. 1983, №4. С. 27-30.

12. Марьин Б.Н., Осипов В.П. Процесс формообразования труб горячей протяжкой по конусообразному пуансону // Авиационная промышленность (приложение). 1983, №3. С. 26-29.

13. Марьин Б.Н., Баженов В.Ф. Подача смазки при формообразовании патрубков с нагревом И Авиационная промышленность. 1984, №12.

14. Марьин Б.Н. Опыт разработки и внедрения технологических процессов формообразования детален из цельнотянутых трубных заготовок // Материалы конференции "Прогресс в области обработки труб", г. Хабаровск, ЦНИИТС, 1984. С. 59-64,

15. Сапожников В.М., Марьин Б.Н. Интенсификация процессов протяжки трубных заготовок по конусообразным пуансонам за счет дифференцированного нагрева // Труды НИАТ, №417, М., НИАТ, 1984. 27 с.

16. Марьин Б.Н. Оснастка для индукционного нагрева при протяжке труб по конусообразным пуансонам // Авиационная промышленность, 1985, №4. С. 40 - 48.

17. Марьин Б.Н. и др. Некоторые особенности протяжки тонкостенных труб по рогообразному сердечнику / Марьин Б.Н., Баженов В.Ф., Ан-тошин Ю.М. // Материалы совещания "Опыт создания высокоресурсного трубопровода", М., НИАТ, 1985. С. 15-16.

18. Марьин Б.Н. Штамповка полиуретаном элементов трубопровода // Авиационная промышленность. 1986, №8. С. 29-31.

19. Прогрессивные технологические процессы изготовления элементов трубопроводов / Марьин Б.Н., Баженов В.Ф. Мануйлов В Я., Земля-никина H.A. И Авиационная промышленность. 1986, №11. С. 48.

20. Кузьмин В.Ф. и др. Опыт внедрения комплекса КИПП-1 в производстве трубопроводов / Кузьмин В.Ф., Кравченко Л.С., Марьин Б.Н. // Авиационная промышленность. 1987, №11. С. 57.

21. Эффективность использования металла и развитие технологии горячей штамповки титановых сплавов при производстве деталей самолетов / Муравьев В.И., Войтов В.Н., Марьин Б.Н. и др. // Кузнечно-штамповочное производство. 1998. № 4. С. 30 - 33.

22. Марьин Б.Н. Математическое моделирование процесса раздачи концов труб по жесткому пуансону // Кузнечно-штамповочное производство. 1998. № 5. С. 7- 10.

23. Неразъемные паяные титановые конструкции в сверхзвуковой авиации ! AT. Братухин, Ю.Л. Иванов, Марьин Б.Н. и др. И Вестник машиностроения. 1998. №4. С. 30 -33.

24. Интенсификация технологических процессов формообразования из тонкостенных трубных заготовок / Сапожников В.М., Завьялова В.И., Марьин Б.Н., Ломакин В.П. // Труды НИАТ № 428, 19S7. 42 с.

25. Марьин Б.Н.. Баженов В.Ф. Штамповка трубных заготовок /У Материалы совещания ''Проектирование и изготовление высокоресурсного трубопровода большого диаметра" Киев. НИАТ. 1988. С. 78-82.

26. Марьин Б.Н. Пуансон для отбортовки фланца в стенке трубчатой заготовки // Информационный листок №207-89, ЦНТИ, Хабаровск, 1989. 4 с.

27. Фурман А.И., Марьин Б.Н. СТП 671.135.89 Унифицированные элементы трубопроводных систем. М.: МЗ им. П.О. Сухого, 1990.

28. Макаров К.А. и др. Исследование процесса гибки-раздачи трубных заготовок по рогообразному сердечнику с нагревом / Макаров К.А., Марьин Б.Н., Петров A.M. Ч Кузнечно-штамповочное производство, 1992, №5. С. 4-6.

29. Марьин Б.Н. и др. Выбор оптимальной формы трубной заготовки и конструкции рогообразного сердечника при формообразовании крутоизогнутых элементов трубопроводов с нагревом / Марьин Б.Н., Попов О.В., Салахетдинов З.Х. // Материалы конференции "Разработка малоотходной технологии и создание высокопроизводительного оборудования для специализированного производства отводов к трубопроводам изделий и технологических установок". М.: НИАТ, 1992. С. 60-62.

30. Марьин Б.Н. и др. Разработка и создание оборудования, технологических средств оснащения для формообразования унифицированных элементов трубопроводов пищевого и химического машиностроения I Марьин Б.Н., Попов О.В., Салахетдинов З.Х. // Материалы конференции "Разработка малоотходной технологии и создание высокопроизводительного оборудования для специализированного производства отводов к трубопроводам изделий и технологических установок". М.: НИАТ, 1992. С. 62 - 63.

31. Влияние защитной окисной пленки на усталостную прочность титановых сплавов / Муравьев В.И., Войтов В.Н., Марьин Б.Н. и др. // Материалы международной научно-технической и методической конференции "Технические средства, методы5 расчета прочностных характеристик, технологии, обеспечивающие надежность деталей и конструкций из новых материалов в машиностроительной, горнодобывающей и нефтегазовой промышленности", г. Комсомольск-на-Амуре, КнАПИ, 1992. С. 71 - 72.

32. Феоктистов С.И. и др. Оценка влияния электроимпульсной обработки (ЭИО) на механические свойства титановых сплавов / Феоктистов С.И., Марьин Б.Н., Макаров К.А. // Международный научно-технический симпозиум "Наукоемкие технологии и проблемы их внедрения на машиностроительных и металлургических предприятиях Дальнего Востока" Комсомольск-на-Амуре. 19-24 сентября 1994 г.

"У С

33. Исследования влияния пластической деформации сварных швов на физико-механические свойства и надежность конструкций из титановых сплавов / Муравьев В.И., Марьин Б.Н. Макаров и др. // Международный научно-технический симпозиум "Наукоемкие технологии и проблемы их внедрения на машиностроительных и металлургических предприятиях Дальнего Востока". Комсомольск-на-Амуре, 1924 сентября 1994 г. С. 28 - 29.

34. Марьин Б.Н. и др. Изготовление деталей из титановых сплавов с применением электроконтактного нагрева / Марьин Б.Ч., Абрамов И.П., Мещеряков А.Е. // Международный научно-технический симпозиум "Наукоемкие технологии и проблемы их внедрения на машиностроительных и металлургических предприятиях Дальнего Востока" Комсомольск-на-Амуре, 19-24 сентября 1994г. С. 41 - 44.

35. Иванов Ю.Л. Разработка технологий, создание оборудования и средств оснащения для обработки деталей с применением электровоздействия на заготовку / Иванов ЮЛ., Марьин Б.Н., Макаров К.А. И 4-ая Дальневосточная научно-практическая конференция "Совершенствование электрооборудования и средств автоматизации технологических процессов промышленных предприятий". Комсомольск-на-Амуре, КнАГТУ 1995. С. 80.

36. Интенсификация процесса раздачи трубных заготовок из титановых сплавов воздействием импульсного электрического тока / Попов О.В., Макарова Е.А., Марьин Б.Н. и др. // Сборник ВГТУ 4-ая Международная конференция "Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов". Воронеж. ВГТУ, 1996. С. 136 -137.

37. Технология изготовления элементов трубопроводов по жестким пуансонам с применением ТВЧ / Попов О.В.. Марьин Б.Н.. Иванов Ю.Л. и др. II Сборник ВГТУ 4-ая Международная конференция "Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов". Воронеж, ВГТУ, 1996. С. 134 - 135.

38. Технология и оснастка для изготовления элементов трубопроводов / Иванов Ю.Л., Марьин Б.Н., Макаров К.А. и др. // Кузнечно-штамповочное производство. 1997, № 12. С. 42.

39. Марьин Б.Н. и др. Технология изготовления элементов трубопроводов из трубных заготовок / Марьин Б.Н., Иванов Ю.Л., Макаров К.А. М.: Машиностроение. 1997.4 с.

40. Эффективность применения титана и его сплавов в авиастроении / Брату.хпн А.Г., Долотов Б.И., Марьин Б.Н. и др. // Авиационная про-

>л.|1пп»иипг>-т-т 1007 Mi1.i1 Г" 1-0

41. Эффективные технологии в производстве СУ-27 / Макарова Е.А., Иванов Ю.Л., Марьин Б.Н., Муравьев В.И. // Самолет, 1997, № 2. С. 36-37.

42. Марьин Б.Н. и др. Математическое моделирование процесса раздачи концов труб по жесткому пуансону / Марьин Б.Н., Иванов Ю.Л., Одиноков В.И. // Материалы международной научно-технической конференции «Проблемы механики сплошной среды», г. Комсомольск-на-Амуре, 1997. С. 3 - 9

43. Применение электроимпульсного воздействия в процессах раздачи трубных заготовок / Марьин Б.Н., Иванов ЮЛ., Макарова Е.А., Муравьев В.И. // Материалы международной научно-технической конференции «Проблемы механики сплошной среды», г. Комсомольск-на-Амуре, 1997. С. 116- 117.

44. Технология изготовления элементов трубопроводов по жестким пуансонам с применением нагрева ТВЧ / Иванов Ю.Л., Марьин Б.Н., Макаров К.А., Муравьев В.И. // Материалы международной научно-технической конференции "Проблемы механики сплошной среды", г. Комсомольск-на-Амуре, 1997. С. 127-128.

45. Марьин Б.Н. Применение сборно-разъемных пуансонов при изготовлении элементов трубопровода// Полет, 1998, № 2. С. 47-50.

46. Марьин Б.Н. Рогообразный сердечник для изготовления отводов из трубных заготовок // A.c. №741988.

47. Марьин Б.Н., Фролов П.В., Кононов Г.П. Оправка для гибки труб // A.c. №795623

48. Марьин Б.Н., Кононов Г.П., Арутюнов С.Г. и др. Устройство для формовки тройников из трубных заготовок // A.c. 763018.

49. Марьин Б.Н. Рогообразный сердечник для изготовления отводов из трубных заготовок //A.c. № 863069.

50. Марьин Б.Н., Баженов В.Ф., Фролов П.В. Рогообразный сердечник для изготовления отводов из трубных заготовок// A.c. № 1061882.

51. Марьин Б.Н., Легенкин A.B.. Бочериков В.И. Способ изготовления крутоизогутых отводов // A.c. № 1118452.

52. Марьин Б.Н., Фролов П.В., Сапожников В.М. Рабочее тело для передачи усилия при раздаче труб // A.c. № 1196080.

53. Марьин Б.Н. Рогообразный сердечник // A.c. №1224042.

54. Марьин Б.Н., Фролов П.В., Бочериков В.И., Мануйлов В.Я. Способ изготовления крутоизогнутых отводов // A.c. №1278063

55. Марьин Б.Н. Пуансон для отбортовки фланца в стенке трубной заготовки//A.c. № 1466834

56. Марьин Б.Н. Штамп для формовки // A.c. № 1459764

57. Марьин Б.Н., Фролов П.В. и др. Способ изготовления крутоизогнутых переходников // A.c. № 1581411

58. Марьин Б.Н., Салахетдинов З.Х., Фролов П.В. и др. Рогообразный сердечник для изготовления отводов из трубных заготовок // A.c. № 1787617.

59. Муравьев В.И., Марьин Б.Н. и др. Способ термической обработки деталей из титановых сплавов // Патент № 2020187

60. Марьин Б.Н., Фролов П.В. и др. Трубная заготовка для образования фланцев и способ их изготовления // Патент № 1797744.

61. Марьин Б.Н., Салахетдинов З.Х., Фурман А.И. Пуансон для формообразования концов труб // Патент № 1640874.

62. Марьин Б.Н., Макаров К.А.., Попов О.В., Орлов С.Н., Волков И.В. Устройство для изготовления крутоизогнутых отводов // Патент № 2062158.

63. Марьин Б.Н., Фролов П.В., Петров A.M., Танненберг Д.Ю., Попов О.В., Макаров К.А., Урманов Р.Б. Устройство для раздачи трубных заготовок // Патент № 2097162.

64. Фролов П.В., Марьин Б.Н., Макарова Е.А., Петров A.M., Урманов Р.Б., Мешеряков А.Е., Феоктистов С.И. Устройство для обработки давлением // Патент № 2097199.

65. Марьин Б.Н., Муравьев В.И., Урманов Р.Б., Иванов Ю.Л. Штамп для формовки трубчатых заготовок // Патент № 2094155.

66. Фролов П.В., Марьин Б.Н., Муравьев В.И., Макаров К.А., Макарова Е.А., Иванов Ю.Л. Штамп для раздачи труб из титановых, сплавов // Патент №2104815.

67. Танненберг Д.Ю., Марьин Б.Н.. Фролов П.В., Петров A.M., Муравьев В.И., Макаров К.А., Урманов Р.Б. Способ отбортовки отверстий// Патент №2105626.

68. Фролов П.В.. Марьин Б.Н., Абрамов И.ГГ., Мещеряков А.Е., Петров A.M., Урманов Р.Б., Агафонов В.Н., Феоктистов С.И. Устройство хтя обработки заготовок электроимпульсным воздействием '/ Патент № 2105627.

69. Муравьев В.И., Войтов В.Н., Марьин Б.Н. Способ термообработки деталей из алюминиевых сплавов // Заявка № 93050870/02 (050995) от 10.11.93. П.р. от 27.09.'97

70. Фролов П.В., Шпорт В.И., Марьин Б.Н., Муравьев В.И., Серафимов М.А. Устройство для электротермического воздействия на заготовку //Заявка № 97101191/02(0013 12) от 27.01.97. П.р. от 29.01.98.

71. Иванов Ю.Л., Марьин Б.Н., Муравьев В.И., Фролов П.В., Мещеряков

A.Е., Макаров К.А. Устройство для изготовления крутоизогнутых отводов // Заявка № 96113957/02(019673) от 04.07.96. П.р. от П.02.98.

72. Марьин Б.Н., Макаров К.А., Иванов Ю.Л., Одинокое В.И., Макарова Е.А. Устройство для раздачи концов труб // Заявка № 97114077/02 (014747) от 15.08.97. П.р. от 17.03.98

73. Иванов Ю.Л., Марьин Б.Н., Макаров К.А., Одиноков В.И., Муравьев

B.И. Способ изготовления тройников из трубной заготовки // Заявка № 97114078/02 (014740) от 13.08.97. П.р. от 17.03.98

74. Марьин Б.Н., Макаров К.А., Иванов Ю.Л., Одиноков В.И., Макарова Е.А. Способ раздачи концов труб // Заявка № 97114083/02(014727) от 13.08.97. П.р. от 23.03.98.

75. Макаров К.А., Муравьев В.И., Иванов Ю.Л., Марьин Б.Н. Способ обжима концов трубных заготовок // Заявка № 97114081/02 (014730) от 13.08.97. П.р. от 23.03.98.

76. Иванов ЮЛ., Макарова Е.А., Марьин Б.Н., Муравьев В.И. Устройство для изготовления тройников из трубной заготовки // Заявка № 97114079/02(014739) от 13.08.97. П.р. от 15.04.98.

77. Марьин Б.Н., Иванов Ю.Л., Одиноков В.И., Муравьев В.И. Иванов В.Ю. Пуансон для раздачи концов труб // Заявка № 97119660/02 (020991) от 27.11.97. П.р. от 22.06.98

Слано а набор 17.09.9S. Подписано в печать ¡9.09.98. Б> vara офсетная 80 г/кв. м„ Гарнитура Times New Roman, тираж 100 экз

Отпечатано Произволственно-нзлательским преллриятием «ШИП», г. Комсомольск-на-Амуре, з. н. 13682.

Текст научной работы диссертации и автореферата по механике, доктора технических наук, Марьин, Борис Николаевич, Владивосток

\о!

•- Ъ !(./и

М 9Г $$

'к На правах рукописи

тЛЮ.^Шъе елсах:

Марьин Борис Николаевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ

ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДЕФОРМИРОВАНИЯ РАЗДАЧЕЙ ТРУБЧАТЫХ ЗАГОТОВОК

01.02.04 - механика деформируемого твердого тела

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Владивосток 1998 г.

Работа выполнена в Комсомольском-на-Амуре авиационном производственном объединении

Официальные оппоненты: Академик РАН, доктор технических наук, профессор Новиков Иван Иванович

доктор физико-математических наук, профессор Хромов Александр Игоревич

доктор технических наук, профессор Антипов Евгений Алексеевич

Ведущее предприятие: акционерное общество открытого типа опытное конструкторское бюро Сухого (г. Москва)

Защита состоится 2,*? октября 1998 года на заседании диссертационного совета Д 002.06.07 в Институте автоматики процессов управления ДВО РАН при Президиуме ДВО РАН по адресу: 690041, г. Владивосток, ул. Радио, 5, ИАПУ ДВО РАН, аудитория 510.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института автоматики процессов управления

Автореферат разослан " сентября 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 002.06.07, к.ф-м.н.

М.А. Гузев

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ...................................................................... 5

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРО-ЧЕССА РАЗДАЧИ ТРУБЧАТЫХ ЗАГОТОВОК ........................ 17

1.1. Определяющие факторы процесса раздачи трубчатых заготовок ................................................................. 17

1.2. Влияние гидростатического давления ........................ 22

1.3. Влияние электроимпульсной обработки на диаграмму сг-в 27

1.4. Анализ основных факторов, влияющих на предельные возможности процесса гибки-раздачи по конусообразному сердечнику ............................................................... 37

Глава 2. ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА РАЗДАЧИ КОНЦОВ ТЗ ПРИ ОСЕСИММЕТРИЧ-НОЙ ДЕФОРМАЦИИ ................................................. 44

2.1. Инженерная постановка задачи ................................ 44

2.2. Математическая постановка задачи ........................... 44

2.3. Численная схема решения задачи .............................. 46

2.4. Алгоритм решения уравнения .................................. 50

2.5. Алгоритм решения задачи ....................................... 53

Глава 3. ИССЛЕДОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ РАЗДАЧИ КОНЦОВ ТЗ

ПРИ ОСЕСИММЕТРИЧНОЙ ДЕФОРМАЦИИ ................... 55

3.1. Построение реологических моделей деформируемого металла ...................................................................... 55

3.2. Исследование геометрии пуансона ........................... 56

3.3. Пакетный способ изготовления патрубков .................. 67

3.4. Раздача в свинцовой рубашке .................................. 79

Глава 4. КАЧЕСТВЕННЫЕ И КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПТИМАЛЬНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБЧАТЫХ ЗАГОТОВОК ..................... 92

4.1. Задачи и содержание экспериментальных исследований и испытаний процесса формообразования по жесткому пуансону ........................................................................... 92

4.2. Выбор оборудования ............................................. 93

4.3. Исследование деформаций делительной сетки ............. 107

4.4. Сравнительный анализ усилия формообразования ......... 115

4.5. Исследование геометрических размеров патрубков ..............117

4.6. Металлографические исследования ......................................................124

4.7. Физико-механические исследования ....................................................125

4.8. Испытания на вибропрочность ..................................................................129

4.9. Испытания на герметичность и прочность ......................................129

4.10. Экспериментальное исследование предельных возможностей процесса ..................................................................................................................133

4.11. Исследование влияния электротермического воздействия на свойства деталей при формообразовании их из трубчатых титановых заготовок ..........................................................................................145

Глава 5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ СХЕМЫ ДЕФОРМИРОВАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЮ ОСНАСТКИ. ОПЫТНЫЕ РАБОТЫ ......................................................................................................................156

5.1. Выбор оптимальной схемы деформирования для процесса раздачи концов трубчатой заготовки ......................................................156

5.2. Выбор оптимальной схемы деформирования для процесса гибки-раздачи труб по рогообразному сердечнику ..................161

5.3. Методика проектирования рогообразных сердечников ... 164

5.4. Опытные работы по изготовлению деталей из тонкостенных трубчатых заготовок ..........................................................................................171

5.5. Перспективный способ деформирования трубчатых титановых заготовок с применением мощных импульсов тока (ОМИТ) ....................................................................................................................................179

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ........................................................................................................................184

ЛИТЕРАТУРА ....................................................................................................................................187

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ..............................................................................................................................201

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ..............................................................................................................................207

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ..............................................................................................................................216

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 ..............................................................................................................................219

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 ..............................................................................................................................226

ВВЕДЕНИЕ

Важной проблемой в самолетостроении является изготовление высокоресурсных, надежных трубопроводов, т.к. по причине разрушений трубопроводов происходит 15...20 % аварий и катастроф.

Одним из важнейших элементов конструкции самолетов являются трубопроводы, по объему холоднодеформируемых деталей в конструкции летательных аппаратов (ЛА) они составляют 12... 15 %. По трудоемкости трубопроводы равны 10 % от изготовления деталей планера, в т.ч. патрубки составляют 10 - 15 % от трудоемкости заготовительно-штамповочных работ (см. рис. 1).

В трубопроводных системах ЛА широко используются детали типа тройников, переходников, крутоизогнутых патрубков, фитингов (см. рис. 2). Номенклатура таких деталей на самолетах легкого класса исчисляется сотнями, а на самолетах тяжелого класса - тысячами. Штампо-сварные патрубки составляют 20 - 40 % от общего производства деталей систем трубопроводов, от которых во многом зависит надежность в эксплуатации и ресурс летательных аппаратов (ЛА).

Трубопроводы работают в условиях сложного нагружения. Они испытывают действие высоких давлений, пульсирующей нагрузки и гидравлических ударов, поэтому к ним предъявляются высокие требования по физико-механическим свойствам материала, по чистоте внешней и внутренней поверхностей, по искажению формы сечения, а также по максимально допустимому утонению стенок трубы.

ОСИОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ ПРОЦЕССОВ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТРУБЧАТЫХ ЗАГОТОВОК

АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЛЯ АВИАЦИОННОЙ ИРОМЫIII ЛЕН И ОС Ш

Объем холоднодефор-мируемых деталей в конструкции ЛА /но ном./

Трудоемкость изготов- Аварии и катастрофы ления деталей планера

Трубопроводы

По Вине разрушении трубопровода

Рост трудоемкости формовки

/ ^

Опытное проиэСюЗстБо /

/Серийное проиэВоЗстЬо

Су7 Су17 Су25 Су27 Су35

Рнг

Преимущества процессов формообразования детален из чруб-чатых заготовок:

высокая экономическая эффективность, возможность механизации и автоматизации, получение деталей с заданными точностью и физико-механическими свойствами

Классификатор деталей, изготавливаемых из трубчатых заготовок

Тип Эскиз элемента Название Характеристика детали Возможная технология

I Крутоизогнутый патрубок D=20... 100 мм R = (0,5...2,5)D Гпбка-раздача по рогообразному сердечнику с нагревом

11 о а Переходник D=10... 100 мм D = Di <2 Раздача по жесткому пуансону с нагревом

III о / Круто изогнутый переходник D=10... 100 мм Di / D<2 a <90° Раздача по рогообразному сердечнику с нагревом

IV о а Асимметричный переходник D=10... 100 мм D,/D<2 Раздача по конусообразному жесткому пуансону с последующей калибровкой с нагревом

V J а -Í-'- Переходник D=10... 100 мм D,/D< 1,3 D2 / D < 2 Двусторонняя раздача по жесткому конусообразному пуансону с последующим нагревом большего диаметра

VI [5 Ступенчатый переходник D=10... 100 мм Di / D < 1,3 D2 / D < 2 Холодная раздача по жесткому пуансону с последующей раздачей с нагревом

VII О eti __ Тройник D=20... 100 мм Di <D Олбортовка фланца в стенке грубы с нагревом

Рис.2

Тип Эскиз элемента Название Характеристика детали Возможная технология

VIII (4 Фйтимг Э=20... 100 мм 0,/0< 1,1 Гпбка-раздача по рогообразному сердечнику с последующей раздачей иотбортовкой фланца с нагревом

IX О I_ Фланец 0=15.. .70 мм О, /Э< 1,8 Раздача с нагревом по жесткому пуансону

X а -- ■ — ■ — ..□5 Законцовка 0 = 15...70 мм Ъг!и{ < 1,8 Раздача посредством эластичной среды

XI Патрубок 0=20... 100 мм 11= 1,0...2,5 Гибка вталкиванием в фильеру

XII СИ] О сп' Кожух 0=20... 100 мм О, /02 < 1,3 Обжим эластичной средой с последующей пробивкой отверстий полиуретаном

XIII о Муфта Э2/0, < 1,3 Раздача эластичной средой с последующей пробивкой отверстий полиуретаном

XIV 5 Законцовка 0 = 6...34 мм 0,/02< 1,8 Завальцовка в жесткой матрице

XV с ' - £ _ _ # _. . _ . - - \ 1 Законцовка 0 = 6... 100 мм / 0, < 1,8 Развальцовка по жесткому пуансону

Рис. 2 (продолжение)

Практика эксплуатации показывает, что наибольшее количество разрушений трубопроводов связано с утонением в местах изгибов и резкого перехода от одного диаметра к другому. Значительно снижают работоспособность трубопроводов такие факторы, как чрезмерная эллипсность и волнистость стенок, то есть те нежелательные явления, которые сопровождают процесс деформирования заготовки в деталь.

Это свидетельствует о том, что процессы деформирования должны обеспечивать высокие и стабильные физико-механические свойства материала труб, высокую чистоту внутренней и внешней поверхностей, минимального утонения и искажения формы сечения элементов трубопроводов.

Кроме обеспечения функциональных качеств элементов трубопроводов, технологические процессы их получения должны быть универсальными, гибкими, недорогими и недефицитными, должны легко механизироваться и автоматизироваться.

В представленной диссертации на базе проведенных исследований разработаны высокоэффективные процессы пластической деформации на основе математического моделирования процесса деформирования и его оптимизации. Выявление основных параметров процессов и управление ими позволяет увеличить степень деформации за один переход в 2 раза, получать детали заданной точности и внутренней чистоты поверхности при минимальной трудоемкости и себестоимости, улучшить физико-механические свойства и повысить ресурс изготавливаемых деталей.

Разработанные методы и средства управления процессами пластической деформации существенно снижают затраты производства при освоении новых изделий в особенности из высокопрочных труднодеформи-руемых сплавов, уменьшают или ликвидируют объем ручных работ в опытном и серийном производствах.

Целью работы является изучение процесса получения деталей при деформировании трубчатой заготовки, усовершенствование и освоение новых технологий.

Методы исследования, использованные в работе, включают в себя:

— математическое моделирование и исследование процессов пластической деформации трубчатой заготовки в деталь;

— исследование влияния технологических факторов на качество изготавливаемых деталей;

—■ статические, усталостные и виброиспытания образцов, металлографические исследования макро- и микроструктуры, химический анализ поверхностного слоя деталей после штамповки.

Научная новизна заключается в том, разработана математическая модель процесса раздачи труб по жесткому пуансону, учитывающая влияние сил трения между заготовкой и поверхностью пуансона, упрочнение материала в процессе деформирования, силовую, термическую и электротермическую интенсификации; кроме того, выполнен весь комплекс экспериментальных исследований характеристик деталей из алюминиевых, титановых сплавов и нержавеющих сталей после разных схем нагружения, на основе которых предложены и разработаны: оптимальные режимы энергетического и силового воздействия на заготовку; определены оптимальные способы наталкивания ТЗ на конусообразные пуансоны, например: пакетные, острым углом ТЗ по вогнутой образующей рогообразного сердечника, создание противодавления со стороны переднего торца ТЗ за счет упорного кольца; определены оптимальные сборно-разъемные конструкции пуансонов, обеспечивающие необходимый температурный режим и трение.

Практическую значимость работы определяют:

— методика расчета эффективных типовых процессов формообразования деталей из трубчатых заготовок, оригинальные конструкции оснастки, методы штамповки, защищенные рядом авторских свидетельств и патентов на изобретения;

— рекомендации по технологическому проектированию заготовок и деталей, а также классификатор деталей, переводимых на изготовление

деталей из трубчатых заготовок для опытного и серийного производства;

— гистограммы газонасыщения, микротвердости и изменений химического состава поверхностного слоя металла детали после электротермического воздействия;

Реализацию в промышленности подтверждают: методы расчета, методики проектирования и практические рекомендации, разработанные на основе выполнения НИР в 1982 - 1997 г.г. под руководством и при участии автора, нашли практическое применение на предприятиях авиационной промышленности. На Комсомольском-на-Амуре АЛО создан комплексно-механизированный участок по серийному изготовлению деталей из трубчатых заготовок из алюминиевых и титановых сплавов и нержавеющих сталей. Годовой экономический эффект от внедрения разработок составляет 80 млрд. руб. (в ценах 1995 г).

Апробация работы заключается в том, что основные разделы и результаты работы доложены и обсуждены на конференциях, семинарах, выставках, симпозиумах в том числе и зарубежных, в городах Москве, Хабаровске, Владивостоке, Воронеже, Комсомольске-на-Амуре, Киеве, Брюсселе, Шэньяне (КНР) с 1984 года по настоящее время

Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы и приложения. Диссертация содержит 199 стр. основного текста, 93 рисунка, 20 таблиц, список литературы и приложения.

В первой главе проводится конструктивно-технологический анализ, который показывает, что элементы трубопроводов выполнены в виде крутоизогнутых патрубков, переходников, тройников, фитингов, фланцев, законцовок, муфт, диаметрами от 6 до 100 мм, радиусом изгиба равным 0,5 диаметра патрубка, соотношением одного диаметра к другому до 2-х раз, указана возможная технология при изготовлении того или иного элемента труборовода. Кроме того, необходимо добавить, что изготовление представленных деталей производится из трубчатых заготовок, толщиной стенки от 0,5 до 2,5 мм.

Над конструкцией конусообразных пуансонов работали много институтов и фирм. Представлены конструкции рогообразных сердечников академика Н.А. Д