Исследование процессов изготовления деталей летательных аппаратов гибкой листовых и профильных заготовок с дополнительным нагружением

Процессы гибки широко применяются при изготовлении самых разнообразных деталей летательных аппаратов: обшивок, шпангоутов, стрингеров, элементов гидро-и пневмосистем и др. Одним из способов достижения необходимой точности деталей при гибке является ведение процесса в условиях дополнительного силового нагружения. Обычно это гибка с окружным растяжением и сжатием. Однако возможности дополнительного силового нагружения в полной мере не использованы, так как это зависит от конкретной схемы процесса, вида и истории нагружения, что требует проведения дополнительных исследований. Кроме этого, величины дополнительного нагружения зависят от исходной заготовки и получаемой детали.

Теоретический анализ процесса гибки проводился как отечественными, так и зарубежными учеными: Губкиным С. И., Горбуновым М. Н., Ершовым В. И., Закировым И. М., Звороно Б. П., Исаченковым Е. И., Лысовым М. И., Малининым Н. Н., Матвеевым А. Д., Мошниным Е. Н., Поповым Е. И., Смирновым-Аляевым Т.А., Томленовым А. Д. и многими другими. В результате этих исследований были выявлены зависимости между основными факторами и предложены методики расчета технологических параметров процесса. Однако предложенные методики ограничены решением конкретного процесса, учитывают ограниченное число факторов силовой интенсификации и не дают возможность вести расчет нестационарно протекающих процессов.

Кроме того, увеличение номенклатуры деталей и появление качественно новых материалов, применяемых в конструкциях летательных аппаратов, требуют разработки новых моделей расчета. Например, возникает необходимость рассчитывать технологические параметры процесса гибки многослойных листовых и профильных заготовок в условиях сложного силового нагружения.

Такое разнообразие задач и многовариантность силового нагружения требуют поиска оптимальных режимов ведения процесса в условиях силовой интенсификации, что при использовании известных зависимостей и методик расчета сопряжено с проведением дополнительных теоретических и экспериментальных исследований в каждой конкретной задаче. Все это диктует необходимость разработки более общих и полных моделей, совершенствование методик, уточнения расчетных случаев и использования рационального подхода к моделированию процессов гибки.

Следовательно, задача поиска оптимальных режимов дополнительного силового нагружения путем создания более полной и точной методики расчета технологических параметров процесса гибки листовых и профильных заготовок является актуальной.

Объектом исследования являются процессы гибки листовых и профильных заготовок в условиях дополнительного силового нагружения и неразрывно связанное с ним последующее пружинение.

Предметом исследования являются параметры процесса гибки и условия формоизменения, влияющие на точность деталей после снятия нагрузки. В частности, напряженно-деформированное состояние и основные геометрические характеристики получаемых деталей с учетом пружинения, а также влияние дополнительного силового нагружения.

Целью исследования является повышение качества деталей, получаемых гибкой, путем разработки оптимальных режимов дополнительного силового нагружения.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

— разработка новых математических моделей и методик расчета напряженно-деформированного состояния и технологических параметров процессов гибки однои многослойных листовых и профильных заготовок в условиях дополнительного силового нагружения (в радиальном и окружном направлениях);

— создание новой методики расчета предельных возможностей процесса гибки;

— создание методик расчета напряженно-деформированного состояния и параметров пружинения листовых и профильных заготовок;

— определение оптимальных режимов ведения процесса на основе созданных математических моделей с использованием программ расчета технологических параметров, автоматизирующих расчеты;

— экспериментальная проверка сходимости созданных математических моделей, методик и разработанных программ расчета, а также оценка их адекватности при гибке переменным моментом (в штампах).

Методологические основы. Теоретические исследования при разработке математических моделей процесса гибки базируются на основных положениях теории пластичности и методах исследования процессов пластического деформирования листовых и профильных заготовок, в частности, на методике решения задач осесимметричного деформирования. Теоретические исследования пружинения велись на основе теоремы об упругой разгрузке Ильюшина А.А.

На защиту выносится:

— математические модели процессов гибки узкой и широкой полосы в условиях сложного силового нагружения, а также методика расчета упругой разгрузки;

— алгоритмы расчета процессов гибки листовых и профильных заготовок в условиях сложного силового нагружения, изменяющегося в ходе процесса;

— программы расчета технологических параметров процессов гибки и пружинения листовых и профильных заготовок, разработанные на базе созданных математических моделей и методик расчета.

Научная новизна работы заключается в следующем:

— разработаны новые математические модели и методы расчета напряженно-деформированного состояния и технологических параметров при гибке однои многослойных листовых и профильных заготовок в условиях сложного силового нагружения;

— определены оптимальные режимы гибки с окружным растяжением;

— получены неизвестные ранее закономерности гибки под действием нескольких нагрузок.

Практическая значимость работы заключается в том, что разработаны программы расчета технологических параметров процесса, с помощью которых определены оптимальные режимы гибки под действием нескольких нагрузок, позволяющие обеспечивать требуемую точность при минимальных деформациях заготовки, в результате чего повышается качество и снижается трудоемкость при изготовлении деталей летательного аппарата гибкой.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на международных молодежных научных конференциях XXV-XXIX «Гагаринские чтения», проводившихся в МАТИ в 1999;2003 годах, международной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Современные проблемы аэрокосмической науки и техники» в 2000 г., и на первой научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Исследования и перспективные разработки в авиационной промышленности», проводившейся «ОКБ Сухого» в 2002 году в г. Москве.

Публикации. Содержание работы изложено в 5 статьях, 7 тезисах докладов к научно-практическим конференциям, 2 отчетах по НИР и в методических указаниях к лабораторным работам.

Внедрение результатов исследования. Разработанные математические модели и программы расчета были внедрены на ОАО КнААПО им. Ю. А. Гагарина и в учебный процесс в «МАТИ» -РГТУ им. К. Э. Циолковского на кафедре ТПЛА.

Программа расчета технологических параметров гибки узкой полосы в условиях дополнительного нагружения внесена в Реестр программ для ЭВМ (свидетельство № 2 003 611 036).

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и библиографии. Работа содержит 150 страниц машинописного текста, 65 рисунков, 31 таблицу, список из 44 библиографических источников и приложения.

1. Обзор известных методик расчета процессов гибки листовых и профильных Ф заготовок показал ограниченную область их практического применения при гибке в условиях сложного силового нагружения и при гибке многослойных заготовок.2. Разработаны более полные и точные модели и методики расчета технологических параметров процессов гибки в условиях сложного силового нагружения листовых и профильных заготовок, позволяющие установить неизвестные ранее закономерности: • учитывать изменение условий деформирования (нестационарность нагрузки) в ходе процесса- • определять оптимальные режимы гибки с окружным растяжением и под действием нескольких нагрузок- • рассчитывать технологические параметры гибки многослойных заготовок, состоящих из различных материалов, включая металлополимерные композиции- , — вести расчет предельных возможностей процесса гибки, учитывая менее Ш деформированные слои- • во всех случаях рассчитывать пружинение заготовки после снятия нагрузки.3. На базе разработанных математических моделей созданы алгоритмы решения и программы, позволяющие автоматизировать расчеты технологических параметров в условиях сложного силового нагружения. Их использование (в результате обоснованного назначения величин дополнительного нагружения) позволяет I сократить количество технологических переходов и уменьшить неравномерность I геометрии детали.4. В ходе экспериментальных исследований установлена хорошая сходимость — «разработанных математических моделей и методик расчета с практикой. Погрешность в расчете пружинения не превышает, как правило, 20%.5. В конечном итоге созданные математические модели и методики расчета технологических параметров процессов гибки приводят к достижению •) поставленной цели — повышению качества получаемых деталей за счет уменьшения упругой отдачи при одновременном сокращении сроков технологической подготовки производства.