CC BY
40
УДК 621.98.042
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СОТОВЫХ ПАНЕЛЕЙ ДЛЯ КОЖУХОВ ТУРБОРЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
А.Н. Карпухин, И.М. Анохин
В данной статье рассмотрен технологический процесс изготовления сотовых панелей из металлических материалов. Выявлено возможное появление браковочных признаков, возникающих при формообразовании панели. Приведен расчет пружинения для деталей из титановых сплавов и нержавеющих сталей. Рассмотрен вариант корректировки пуансона универсальной конструкции на величину пружинения. Приведены теоретические зависимости, которые подтверждены экспериментальными исследованиями. Выявлены ограничения процесса формообразования гибкой с растяжением панелей, у которых перфорированный несущий слой из ОТ4-1 является наружным в связи с низкой пластичностью.
В зависимости от предельных значений деформации наружного слоя панели предложены варианты процесса формообразования панели с предварительной гибкой с растяжением с последующей калибровкой и формообразованием в штампе в печи УВН. Предлагается применение штампа с изменяемым усилием нагружения, которое увеличивается по ходу пуансона, что позволяет исключить браковочные признаки, появление которых возможно в первоначальный момент формования панели.
С целью повышения ресурсных характеристик панели рекомендуется проведение диффузионного отжига.
Приведены материалы и геометрические размеры обшивок и заполнителя, применяемого для изготовления сотовых панелей.
При предварительном растяжении панели усилие формования обеспечивает достижение в несущих слоях напряжения текучести ат. В зависимости от схемы нагружения панели Р-И, Р-И-Р необходимо учитывать прочность соединения пластин с подмятыми слоями панели
Ключевые слова: обшивка, пуансон, самолет, обтяжка, формообразование
Введение
Конкурентность самолета определяется следующими основными показателями: расходом топлива, конструкционно - технологическими и эксплуатационными характеристиками, соответствия акустических и экологических характеристик требованиям норм летной годности.
В связи с ужесточением требований к Нормам летной годности с 2017 года определяемых международным стандартом ИКАО, особенно актуальными стали вопросы совершенствования технологии и изготовления звукопоглощающих сотовых конструкций (ЗПК), разработки новых типов конструкций.
Методика проведения работы включает:
- проведение анализа технологического процесса этапов изготовления ЗПК.
- выявление в основных процессах возможного появления браковочных признаков.
- проведение теоретических и экспериментальных исследований.
- в теоретических исследованиях использован принцип разложения комбинированного явления на его составляющие и дифференцированного рас-
Карпухин Александр Николаевич - ОАО "Металлист -Самара", технический директор, тел. 8-927-607-94-64, e-mail: tdir_m$@metaUist-$.ra Анохин Иван Михайлович - ООО "Опытно-конструкторское бюро моторостроения", инженер-конструктор, тел. 8-910-283-59-91, e-mail: [email protected]
смотрения частных вопросов с обобщающим подходом.
- в экспериментальных исследованиях использовался метод делительных сеток, позволяющий получить деформации в процессе формообразования, а также оснастка и оборудование, обеспечивающие заданный технологический процесс.
Анализ технологического процесса
Металлические сотовые конструкции применяются в качестве звукопоглощающих конструкций (ЗПК) в кожухах шумоглушения в горячей части двигателя.
Основные материалы и геометрические размеры сотовых панелей приведены в таблице.
Параметр Тип панелей
Сборные и паяные
ОШиВка
Материал 0U-1 ОСТ 190218-76 12Х18Н10Т ТУ1-805-096-80
Толщина 0,3-0,5 0,3-0.5
Заполнитель
Материал ВТРО ОСТ 190%5-7Ь 12Х18Н10Т ТУ 1-805-096-80
Тип ячейки ♦ ♦
Размер стороны ячейки, мм 6.0 6.0
Толщина стенки ячейки, мм 0.08 008
Высот заполнителя мн Ю; 15.20;25 10.15.20.25
Технологический процесс изготовления сотовой панели представлен на (рис. 1).
Рис. 1. Технологический процесс изготовления сотовой панели
Рассмотрим процесс формообразования панели на гибочно-растяжном прессе ГРП 160/1200 (рис. 2).
Рис. 2. Формообразования панели на гибочно-растяжном прессе
При формообразовании панелей важная роль относится к пуансонам, точности их изготовления.
Пуансоны для формообразования панелей выполняются из балинита или дерева клееной конструкции.
Трудоемкость их изготовления достаточно велика. Разработана конструкция универсального пуансона.
На (рис. 3) показан универсальный пуансон, используемый на прессе ГРП который состоит из каркаса, сменных шаблонов и гибкой оболочки.
Каркас представляет собой сварную конструкцию и имеет пазы для установки и фиксации шаблонов. Рабочая поверхность шаблонов выполнена с учетом величины пружинения и толщины гибкой оболочки.
В качестве подкрепляющих элементов гибкой оболочки использовался гофрированный заполнитель, повышающий ее жесткость.
Проведенные испытания подтвердили работоспособность данной конструкции и возможность ее применения при формообразовании цилиндрических и конических деталей с радиусами от 300 мм и более.
Универсальность данной конструкции заключается в том, что при смене типа детали надо заменить шаблон, оболочка же в данном случае остается для всей номенклатуры.
Основные браковочные признаки процесса формообразования панелей, разрыв наружной обшивки, гофрообразование внутренней обшивки, потеря устойчивости заполнителя, выскальзывание технологических пластин из зажимов, разрыв в местах крепления пластин с панелью по сварке.
Продольная растягивающая сила, приложенная к противоположным сторонам сотовой панели определяется:
р = (И1а1 + к202)В, (1)
где Л.1Л.2 - толщины нижнего и верхнего несущих слоев;
°1°2 - значение напряжений нижнего и верхнего несущих слоев;
В - ширина панели.
Напряжение в несущих слоях должно быть не менее ат
Давление в заполнителе определяем из уравнения Лапласа:
в = 1Г+Н' (2)
где Я - радиус кривизны пуансона; Н - высота сотовой панели. Величина напряжения сжатия заполнителя должна удовлетворять условию:
д < [осж\, (3)
где [осж] - предельно допустимое напряжение сжатия, определяемое при механических испытаниях образцов.
При формообразовании сотовых панелей с приваренными технологическими пластинами значение критических деформаций несущих слоев ограничивается значениями допустимых деформаций [5], которые определяются по зависимости:
/0,8 тсп х Ш2\П
т = {-тХхХшГ) , (4)
где К, П - коэффициент и модуль упрочнения материала несущего слоя;
й - диаметр ядра сварной точки (й ~ 5 мм);
I - количество рядов сварных точек;
t - шаг сварных точек;
к - толщина несущего слоя;
тср - напряжение среза сварной точки;
Для титановых сплавов:
18 + 0,523со;
(5)
Для нержавеющих сталей
Тср « 0,6св, (6)
где с02 - условный предел текучести несущего
слоя.
св - предел прочности несущего слоя. Радиус пуансона, скорректированный на величину пружинения, определяется по зависимости:
д„ =. НдеТ , (7)
1 - хЯ
дет.
где Ядет. - радиус детали;
х - величина пружинения.
Для цилиндрического пуансона х определяется:
1
х = —(а1хк1х 81 + а2хк2х 82), (8)
Е]
где Е] - обобщенная жесткость панели, определяемая расчетным или экспериментальным методом;
81,82 - расстояние от средины несущих слоев до нейтральной оси.
При исследовании пружинения сотовых панелей определяли на реальных деталях в цеховых условиях. Оболочки из сплава ОТ4-1 и 12Х18Н10Т подвергали деформации.
Перед обтяжкой на внутреннюю и наружную стороны сотовой панели наносили делительную сетку с базой 50х50 мм. При обтяжке измеряли деформацию предварительного растяжения е, усилие растяжения Р, углы поворотов правого и левого зажимов пресса а1 и а2. После обтяжки определяли деформации по длине наружной и внутренней обшивок и радиусы кривизны ЯП.
Несовпадение результатов теоретических и экспериментальных исследований (рис. 3) достигало 9%, что приемлемо для проектирования оснастки и разработки технологического процесса формообразования сотовых панелей.
I
08
0.6
ОА
12Х18НЮТ су
ОП-1
0.6 0.8 1.0 Ц.М
Рис. 3
Учитывая, что неприлегание сотовой панели к контрольному шаблону допустимо не более 2 мм, выбирали режимы формообразования, обеспечивающие требуемую точность. Исследованы режимы формообразования панели по схемам растяжение -изгиб, растяжение - изгиб - растяжение. Распределение деформаций на верхней и нижней обшивках должно быть таким, чтобы перфорированная обшивка, имеющая ограничения по предельным возможностям на растяжение, получила минимальные деформации.
Проводимые механические испытания образцов на растяжение показали, что величина относительного удлинения перфорированных образцов для ОТ4-1 3.0%, для 12Х18Н10Т 10% при степени перфорации 10%.
Особенности технологического процесса изготовления панели с наружной перфорированной обшивкой из титановых сплавов объясняются её недостаточной пластичностью. Процесс формообразования панели можно разделить на два этапа:
- формообразование на прессе ГРП со значительной степенью пружинения;
- окончательная калибровка в штампе с нагревом в печи УВН.
Этот процесс осуществляется при степени перфорации наружной обшивки до 10%. При большой степени перфорации процесс формообразования осуществляется в штампе с нагревом в печи УВН.
Наибольший эффект формообразования достигается в штампе с регулируемым усилием нагруже-ния, т.е. увеличением усилия при перемещении пу-
ансона, что исключает недоформовку панели и обеспечивает заданную точность. Нагрев в вакуумной печи практически исключает наводораживание обшивки из титанового сплава.
С целью увеличения механических характеристик панели при последующих испытаниях на сжатии, сдвиг и отрыв осуществляется диффузионный отжиг.
Выводы
Рассмотрен технологический процесс изготовления сотовых панелей. Проведен анализ возможного появления браковочных признаков, возникающих в процессе формообразования панелей.
Определены значения усилий предварительного растяжения панели с учетом ограниченных значений допустимых деформаций возникающих в соединениях пластины с несущими слоями панели.
ОАО "Металлист - Самара"
ООО "Опытно-конструкторское бюро моторостр
Проведен теоретический и экспериментальный анализ формообразования панели гибкой с растяжением, определен выбор технологических процессов формообразования панелей с ограниченной пластичностью.
Литература
1. Воропаев, А.А.. Формообразование трехслойных оболочек по цилиндрическому пуансону на гибочно -растяжном прессе [Текст] / А.А. Воропаев, Г.Д. Дель, С.С. Одинг // Кузнечно - штамповочное производство. - 1982. № 3. - С.12-15.
2. Молод, М.В. Определение параметров перфорированных обшивок при изготовлении сотовых панелей звукопоглощающих конструкций [Текст] / М.В. Молод // Вестник самарского государственного аэрокосмического университета им. акад. С.П. Королева, спец выпуск, подготовленный по материалам международной научно -технической конференции. Проблемы и перспективы дви-гателестроения. - 2014. - 4.4. №5/47. -С. 56-62.
я", г. Воронеж
FEATURE TECHNOLOGY SHAPING METAL HONEYCOMB FOR A CASING
OF A TURBOJET
A.N. Karpuhin, Technical Director of JSC "Metallist - Samara", Samara, Russian Federation, e-mail: tdir m$@metallist-$.ru
I.M. Anokhin, Design Engineer, Ltd. "Experimental Design Bureau Motors", Voronezh, Russian Federation, e-mail: [email protected]
This article describes the process of manufacturing cellular panels of metal mate-rials. It revealed the possible appearance of rejection symptoms occurring in forming the panel. When is led springing-payment for parts made of titanium alloys and stainless steels. A variant of adjustment of the punch universal design by the amount of springback. The theoretical dependence, which are confirmed by experimental studies. Revealed limitations of the process of forming a flexible stretch panels in which the perforated support layer of the outer OT4-1 is due to low plasticity.
Depending = 3% on the limit of the outer layer of the panel deformation values of the variants of the process of forming the panel with advanced flexible with stretching, followed by calibration and shaping in a die in UVN furnace. It provides the use of a stamp with a variable loading force which increases in the course of the punch that eliminates rejection symptoms, the appearance of which may point to the original panel molding.
In order to improve the characteristics of the resource panel, we recommend carrying out the diffusion annealing.
Results materials and geometrical dimensions of casings and filler used for manufacturing cellular panels.
When the preliminary tensile force shaping panel achieves in bearing layers in the flow-stress ot. Depending on panel loading and P-I, P-I-P must consider the strength of the co-compound layers connection plates with crushed layers panel.
Key words: Trim, punch, airplane, close-fitting, shaping.
References
1. Voropayev A.A., Del' G.D., Oding S.S. Formoobrazovaniye trekhsloynykh obolochek po tsilindricheskomu pu-ansonu na gibochno - rastyazhnom presse [Fort moobrazovanie sandwich shells on the cylindrical punch to bending -stretching press] // Kuznechno - shtampovochnoye proizvodstvo [Forging - stamping production]. 1982. S. 12-15 number 3;
2. Molod M.V. Opredeleniye parametrov perforirovannykh obshivok pri izgotovlenii sotovykh paneley zvukopo-gloshchayushchikh konstruktsiy [Defining the parameters of trans-perforated casings in the production of honeycomb panels sound-absorbing structures] // Vestnik samarskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta im. akad. S.P. Koroleva, spets vypusk, podgotovlennyy po materialam mezhdunarodnoy nauchno - tekhnicheskoy konferentsii. Problemy i perspektivy dvigatelestroyeniya [Bulletin of the Samara State Aerospace University. Acad. S.P. Koroleva, special edition, prepared on materials of the international scientific - technical conference. Problems and prospects of engine]. 2014-4.4. №5 / 47 /S. 56-62.
