Приложение № 2

СВЕДЕНИЯ

О СОИСКАТЕЛЕ И ПРЕДСТОЯЩЕЙ ЗАЩИТЕ

Ф.И.О.: СЕРАФИМОВ МИХАИЛ

АНДРЕЕВИЧ

Тема диссертации: Исследование процесса отбортовки

отверстий в производстве деталей летательных аппаратов Специальность: 05.07.02 – Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов Отрасль наук

и: Технические науки Шифр совета: Д 212.110. Тел. ученого секретаря 915-31- диссертационного совета E-mail: [email protected] Предполагаемая дата защиты 27 октября 2011г. в 13- диссертации:

Место защиты диссертации: г. Москва, Берниковская наб., дом 14, каф. ИЛА, ауд. 102- Зам. Председатель диссертационного Совета Д 212.110.02, д.т.н., профессор Ершов В.И.

Ученый секретарь диссертационного Совета Д 212.110.02, д.т.н., доцент Силуянова М.В.

На правах рукописи

УДК 621.7.04:629.7.

Серафимов Михаил Андреевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОТБОРТОВКИ ОТВЕРСТИЙ В ПРОИЗВОДСТВЕ

ДЕТАЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Специальность 05.07. "Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва

Работа выполнена на кафедре «Технология производства летательных аппаратов»

в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «МАТИ - Российском государственном технологическом университете имени К.Э. Циолковского».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Чумадин А. С.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Агамиров Л. В.

кандидат технических наук, доцент Филимонов А. С.

Ведущая организация: ОАО «Комсомольское-на-Амуре авиационное производственное объединение имени Ю.А.

Гагарина»

Защита состоится «» _ 2011 г. в «_» часов мин. на заседании диссертационного совета Д 212.110.02 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «МАТИ - Российском государственном технологическом университете имени К.Э.

Циолковского», по адресу: 109240, г. Москва, Берниковская наб., 14, стр. 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «МАТИ - Российского государственного технологического университета имени К.Э.

Циолковского».

Автореферат разослан «_» 2011 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим присылать по адресу: 121552, г. Москва, ул. Оршанская, д. 3, федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «МАТИ - Российского государственного технологического университета имени К.Э. Циолковского»

ученому секретарю диссертационного совета Д 212.110.02.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.110.02,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Производство новых летательных аппаратов требует постоянного совершенствования технологических процессов, разработки и внедрения новых методов и средств обработки, обеспечивающих постоянно растущие требования по качеству и эксплуатационной надежности изделия.

Технологии изготовления деталей и узлов во многом определяют ресурс изделия, его трудоемкость и себестоимость, стабильность и культуру производства.

Значительная часть деталей современных конструкций самолетов изготавливается из листового материала, прессованных профилей и труб. Примерно 60 % деталей, оформляющих наружный контур (нервюры, шпангоуты, рамы, стрингеры, обшивки, обтекатели и др.), многие детали внутреннего оборудования самолета (перегородки, приборные щитки, панели и т.п.) и почти все элементы системы трубопроводов (патрубки и пр.) производятся различными методами в заготовительно-штамповочных цехах. Число деталей из листов, профилей и труб на современных широкофюзеляжных пассажирских самолетах превышает 120 тысяч единиц. От технологичности конструкций этих деталей зависит себестоимость изделия в целом.

В настоящее время трудоемкость изготовления деталей штамповкой составляет 7…16 % от общей трудоемкости изготовления самолетов, что в абсолютных цифрах представляет значительную величину.

При проектировании летательных аппаратов решаются задачи, связанные с созданием конструкций с минимальной массой. Многие детали изделий авиационной техники имеют отбортовки в зоне отверстий, что уменьшает вес деталей и обеспечивает их жесткость: это нервюры, перегородки, кронштейны, элементы трубопроводов и т.д.

Классические технологические способы получения отбортовки имеет определенные недостатки, связанные с низкими предельными возможностями этого процесса (что ограничивает высоту получаемого борта) и значительным утонением материала на кромке отверстия борта. Поэтому интенсификация традиционных технологических процессов, разработка новых процессов, оснастки и оборудования для производства отбортовок является актуальной.

Работа является одним из направлений в комплексе исследований выполняемых сотрудниками кафедры «Технология производства летательных аппаратов» МАТИ.

Объектом исследования являются детали с элементами отбортовки отверстий.

Предметом исследования является способы и методы расчета процессов отбортовки отверстий.

Целью исследования является сокращение сроков технологической подготовки производства и трудоемкости изготовления деталей летательного аппарата с элементами отбортовки отверстий.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

технологических параметров;

разработан метод расчета интенсифицированных процессов отбортовки отверстий;

- выполнена экспериментальная проверка полученных теоретических решений;

- разработаны и исследованы новые способы отбортовки отверстий;

- созданы компьютерные программы для расчета основных параметров процесса отбортовки.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработан новый метод расчета традиционного процесса отбортовки и в режимах температурно-силовой интенсификации;

- определены оптимальные режимы отбортовки отверстий при различных способах интенсификации, включая использование профилированных заготовок;

- разработан новый способ отбортовки с подпором кромки отверстия.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

- предложенный способ отбортовки отверстий с подпором кромки отверстий увеличивает возможности формоизменения в 1,5-2,0 раза по сравнению с традиционным процессом, что сокращает число технологических операций, оснастки и оборудования;

- разработанные программы расчета процесса отбортовки на ЭВМ могут быть использованы для обоснования выбора схемы и режимов отбортовки, что сокращает сроки технологической подготовки.

Достоверность полученных результатов подтверждается обоснованностью принятых допущений, современным математическим аппаратом и экспериментальной проверкой.

Апробация работы. Основные результаты работы отражены в 6 публикациях, в том числе в 3 статьях, опубликованных в изданиях рекомендованных ВАК, в патенте на изобретение и 2 тезисах докладов на российских и международных научно-технических конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, общих выводов, списка литературы и 7-и приложений. Полный объем работы составляет 163 страницы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы и научная новизна диссертационной работы, приведена ее общая характеристика.

В первой главе дан обзор состояния вопроса, основные положения процесса отбортовки отверстий, обзор способов отбортовки и методов расчета технологических параметров (рис. 1).

Рис. 1. Типовые детали летательного аппарата, изготовленные отбортовкой Анализ литературных источников свидетельствует, что исследованию формообразующих операций листовой штамповки посвящено большое количество работ российских и зарубежных ученых и специалистов.

Вопросы обработки металлов давлением, включая процессы получения отбортовки, рассмотрены в работах Горбунова М.Н., Ершова В.И., Исаченкова Е.И., Попова Е.А., Романовского В.П., Томленова А.Д., Марьина Б.Н., У. Джонсона, Г. Меллора и др.

Отбортовка широко используется для повышения жесткости деталей (нервюр, перегородок и др.) в зоне отверстий. Процесс осуществляется в жестких штампах, штамповкой эластичной средой на формблоках или с помощью специальных устройств, имеющих автономный привод.

Наиболее изученными являются традиционные процессы отбортовки отверстий:

отбортовка круглых отверстий в листовых и трубных заготовках (рис. 2).

Рис. 2. Технологические схемы отбортовки отверстий в листовой и трубной заготовках:

а), б), в) - отбортовка в листовой заготовки цилиндрическим, коническим и сферическим пуансоном; г) – отбортовка трубной заготовки Известные технологические способы получения отбортовки имеет недостатки, связанные с низкими предельными возможностями этого процесса, что ограничивает высоту получаемого борта, кроме того происходит значительное утонение материала на кромке борта.

Помимо традиционных способов отбортовки известны различные методы интенсификации этого процесса (рис. 3).

Рис. 3. Схемы интенсификации процесса отбортовки:

а) – схема отбортовки с приложением давления по периметру отверстия; б) – схема отбортовки с приложением давления по нормали к образующей; в) – схемы отбортовки с приложением меридиональных давлений; г) – схема отбортовки воздействием давления на кромку отбортовываемого отверстия; д, е) – схемы отбартовки выдавливанием жидкостью высокого давления; ж) – схема реверсной отбортовки; з) – схемы реверсной отбартовки со складкообразованием Интенсификация традиционных технологических процессов, разработка новых процессов, оснастки и оборудования для производства отбортовки круглых отверстий позволяет частично преодолеть указанные недостатки традиционного процесса отбортовки, однако известные способы интенсификации еще не достаточно исследованы, часто трудоемки и требуют дополнительных исследований и доработок.

Обзор теоретических методов расчета процесса отбортовки показал, что известные методы расчета обычно не позволяют учесть интенсифицирующие факторы отбортовки в полном объеме (нагрев, силовую интенсификацию, специальную подготовку заготовки и т.п.).

Таким образом, известные методы расчета напряженно-деформированного состояния и технологических параметров при обработке носят, в основном, приближенный характер, обычно не учитывают интенсифицирующие факторы и нуждаются в совершенствовании.

В связи с этим возникают определенные трудности в разработке рационального технологического процесса отбортовки и расчета его оптимальных параметров, что увеличивает сроки технологической подготовки производства и трудоемкости изготовления деталей с отбортовкой.

Во второй главе приведен теоретический анализ процесса отбортовки отверстий.

Разработан метод расчета процесса отбортовки круглых отверстий, как в традиционном варианте, так и при различных способах интенсификации.

Концепция разработанного метода решения осесиметричных задач состоит в том, что вначале осуществляется совместное решение всей системы исходных уравнений с получением общего дифференциального уравнения, которое в дальнейшем решается численным методом.

Основными исходными уравнениями для осесимметричной задачи является следующие выражения.

Два уравнения равновесия:

Условия пластичности:

Уравнение связи напряжений и деформаций:

Условие постоянства объема:

Уравнение состояния материала:

Выражение для расчета интенсивности деформаций:

Выражение для расчета интенсивности напряжений:

Выражение для расчета окружных деформаций:

Выражение для расчета деформаций по толщине:

В уравнениях (1) - (10) приняты следующие обозначения:

– текущий радиус получаемый детали; S – толщина стенки детали, – коэффициент трения, – угол между касательной и осью симметрии получаемой детали (определяется инструментом), m – напряжение меридиональное, – напряжение окружное, n – напряжения по нормали к поверхности, m – меридиональная деформация, – окружная деформация, n – деформация по нормали к поверхности, S – напряжение текучести, i – интенсивность напряжений, i – интенсивность деформаций; А, n – константа материала;

R – окружной радиус; Rm – меридиональный радиус; С – текущий радиус заготовки; SС – толщина стенки заготовки.

Расчеты процесса отбортовки отверстий приведены применительно к коническому очагу деформации (рис. 4).

Рис. 4. Схемы напряжений и деформаций при получении конической отбортовки Совместное решение уравнений (1) – (10) приводится к виду:

Приведенная модель (11) дает возможность учитывать геометрические параметры исходной заготовки, ее механические характеристики и характер внешней нагрузки, включая подпор кромки.

Решение (10) осуществляется методом численного интегрирования (по Эйлеру) в последовательности:

где - соответственно толщина и радиус i-го элемента оболочки-детали;

стенки и радиус граничного элемента оболочки-детали.

кромке детали по выражению:

где - соответственно исходная толщина стенки и радиуса заготовки на кромке; F – величина осевого подпора кромки заготовки в относительных единицах;

Если подпор отсутствует (F=0), то условие (13) имеет вид:

Результаты расчета традиционного процесса отбортовки (рис. 5) в соответствии с блок-схемой (рис. 6) приведены на рис. 7 –9.

Рис. 5. Схема отбортовки отверстий коническим пуансоном Расчет через шаг интегрирования