CC BY
63
УДК 621.983
С.Н. Ларин, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-14-82, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ УЗЛОВ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Приведены технологические рекомендации по проектированию технологических процессов изготовления корпусных узлов из высокопрочных материалов в режиме кратковременной ползучести.
Ключевые слова: высокопрочный материал, радиатор, полусфера, конструкция, деформирование, пневмоформовка, ползучесть, давление, температура.
Общие требования к изделиям ответственного назначения сводятся к обеспечению тактико-технических параметров аппаратов и готовности к использованию их после длительного ожидания или хранения. Это обеспечивается при условиях применения высокопрочных коррозионно-стойких материалов (титановые, алюминиевые и др. сплавы), точности геометрии входящих узлов и деталей, герметичности [1, 2].
Этапы проектирования изделий, класс которых непрерывно повышается, должны сопровождаться технологическими решениями и мобильной на этой базе подготовкой производства. Здесь конструкция и технология взаимосвязаны. Типовые конструкции корпусных узлов представлены на рис. 1.
Шар-баллоны.
днища,
стенки
Панели
вафельные,
панели
трубчатые
Радиаторы,
панели
гофровые
3-слойные
Панели
ячеистые
4-слойные
1
2
3
Рис. 1. Типовые конструкции корпусных узлов
212
Сложность технологических процессов их изготовления приводит к длительным циклам их отработки (табл. 1), влияющ^ в конечном итоге на качество и сроки изготовления изделий. Все это вызывает необходимость изыскания новых подходов к конструированию корпусных узлов и технологий, сближения на этой основе стадий проектирования изделий и технологической подготовки производства.
Таблица 1
Анализ существующих технологических процессов изготовления изделий авиакосмической техники
Наименование изделия Узел изделий Применяемые материалы Традиционная технология Недостатки
Листовые криволинейные оболочки Шар-баллоны, днища баков емкостей, стенки, перегородки Титановые сплавы ВТ6С, ВТ14, ВТ23; алюминиевые сплавы АМг6, 1201 Многопереходная штамповка, калибровка взрывом; горячая штамповка с последующей механической обработкой резанием Недостаточная точность геометрии; высокая трудоемкость; низкий КИМ
Панели двухслойные с каналами Системы терморегулирования отсеков Алюминиевые сплавы АМг6, АД1 Механическая обработка, пайка Низкая прочность изделия
Панели вафельные Стенки баков топлива Алюминиевые сплавы АМг6, 1971, 1911, 1201 Механическая обработка (фрезерование), электроэррозия Высокая трудоемкость, низкий КИМ
Панели корпуса со шпангоутами Корпуса, крылья, люки, платформы, обтекатели Титановые сплавы ВТ6С, ВТ6, ВТ14, ВТ23; алюминиевые сплавы АМг6, 1201, 1911 Механическая обработка, сварка толстостенных заготовок Недостаточная удельная прочность узла; низкий КИМ
Многоэлементные корпусные панели различного типа эффективно изготавливать путем формообразования и диффузионной сварки давлением. При этом основные операции реализуют на одной позиции обработки, получая в итоге узел или часть узла. Снимаются операции механической обработки резанием, сварки плавлением, пайки или клепки; точность узла
резко повышается, трудоемкость падает. Технология здесь строится на выполнении последовательности действий над исходной сборкой заготовок: нагрев, вакуумирование - диффузионное соединение заготовок - формообразование - заполнение угловых элементов - диффузионное соединение -термофикация - охлаждение. Главной особенностью формообразования в этих процессах является его существенная зависимость от температурноскоростных условий деформирования, материал проявляет свойства вязкого или вязкопластического течения материала. Этот фактор открывает возможности достигать больших степеней формообразования без применения мощного прессового оборудования, сводить к минимуму величины остаточных напряжений, получать большие локальные деформации без разрушения, что определяет точность геометрии изделий. Мелкозернистые исходные материалы способствуют реализации этих факторов обработки. Операции соединения (диффузионной сварки) под давлением элементов конструкций происходят в твердой фазе, что определяет отсутствие роста зерен при диффузии, образование единых общих зерен и, в конечном итоге, обеспечивает прочность и герметичность. В этой связи технологические процессы являются типовыми и принципиально не меняются при создании и освоении новых изделий.
Основные узлы, представленные выше, имеют типовые технологические режимы их изготовления, что обобщено в табл. 2.
Типовые графики давлений газа для всех рассмотренных процессов изготовления типовых многослойных конструкций, которые могут быть использованы при разработке новых технологических процессов, даны на рис. 2.
Таблица 2
Типовые технологические режимы изготовления деталей и узлов
№ операции Наименование деталей и узлов
Панели вафельные и охлаждаемые Радиаторы, панели гофровые трехслойные Панели корпусные ячеистые четырехслойные
1 2 3 4
1, а Резка листов, химическое травление, сушка
1, б Травление разрядом заготовок в аргоне Нанесение антидиффузионных покрытий (для титановых сплавов)
1, в Вакуумное напыление меди 0,5...0,7 мкм Ионное травление и вакуумное напыление меди 0,5...0,7 мкм (для алюминиевых сплавов)
Окончание таблицы 2
1 2 3 4
2 Установка в штамп пакета заготовок. Вакуумирование с нагревом штампа
3 Формовка газом: титановые сплавы: 875...930°C; 1 МПа; 20 мин; алюминиевые сплавы: 450...475 ° C ; 1,5 МПа; 15 мин Сварка давлением штампа исходных заготовок: титановые сплавы: 875...900 °C ; 15 МПа; 45 мин; алюминиевые сплавы: 510...530 ° C ; 10 МПа; 30 мин Сварка заготовок газом титановые сплавы: 875...900°C ; 5 МПа; 45 мин
4 - Формовка каналов газом: титановые сплавы: 875...930°C; 1,0. ..1,2 МПа; 20 мин; алюминиевые сплавы: 450...500° C ; 1,5 МПа; 15 мин Формовка ячеек газом: титановые сплавы: 875...930°C; 1,0. ..1,2 МПа; 20 мин; алюминиевые сплавы: 450...500° C ; 1,5 МПа; 15 мин
5 Сварка формованных зон газом: титановые сплавы: 900...930 ° C; 5 МПа; 60 мин; алюминиевые сплавы: 500...530°C; 3 МПа; 45 мин
6 Термофиксация
7 Охлаждение
На рис. 2 графики изменения давления газа соответствуют изготовлению типовых конструкций: зона 1 - технологические давления газа для изготовления однослойных листовых конструкций; зона 2 - для вафельных и трубчатых конструкций панелей; зона 3 - для радиаторов и гофровых панелей; зона 4 - для ячеистых панелей корпусов; кривые 1 и 2 обозначают величины давления газа при формоизменении и диффузионной сварке титановых и алюминиевых сплавов соответственно.
Технологические процессы позволили поставить на производство изделия ответственного назначения: блоки космических аппаратов, многоразовые спускаемые космические аппараты, крылатые ракеты, емкости
криогенной техники и др. Разработанные технологические процессы имеют двойное назначение.
Рис. 2. Типовые графики технологических давлений газа в процессах
формообразования конструкций
Предложенные технологические процессы позволяют повысить удельную прочность материала деталей на 20...30 %; снизить массу деталей и узлов на 20.25 %; увеличить коэффициент использования материалов с 0,2 до 0,8, а сроки подготовки производства и трудоемкость изготовления изделий сократить в 1,5 - 2 раза.
Работа выполнена по государственным контрактам в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы и грантам РФФИ.
Список литературы
1. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов / С.С. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2004. 427с.
2. Изотермическая пневмоформовка анизотропных высокопрочных листовых материалов / С.С. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2009. 352 с.
S.N. Larin
TECHNOLOGICAL RECOMMENDATIONS ABOUT DESIGNING OF TECHNOLOGICAL PROCESSES OF MANUFACTURING OF CASE KNOTS FROM HIGH-STRENGTH MATERIALS
Technological recommendations about designing of technological processes of manufacturing of case knots from high-strength materials in a mode of short-term creep are resulted.
Key words: a high-strength material, a radiator, a hemisphere, a design, deformation, forming, creep, pressure, temperature.
Получено 15.01.12
УДК 621.983; 539.374
С.С. Яковлев, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (4872) 35-14-82, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
Фам Дык Тхиен, асп., (4872) 35-14-82, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
В.И. Платонов, канд. техн. наук, проф., (4872) 35-14-82, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
Ю.Г. Нечепуренко, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82, [email protected] (Россия, Тула, ОАО «Щегловский вал»)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРВОЙ ОПЕРАЦИИ КОМБИНИРОВАННОЙ ВЫТЯЖКИ
Приведены результаты экспериментальных исследований силовых и деформационных параметров первой операции комбинированной вытяжки в конических и радиальных матрицах цилиндрических деталей. Показано удовлетворительное согласование экспериментальных и теоретических данных по силовым режимам и предельным возможностям формоизменения.
Ключевые слова: комбинированная вытяжка, эксперимент, операция, анизотропия, матрица, пуансон, сила, деформация, разрушение, напряжение.
Современные тенденции развития металлообработки характеризуются резким повышением требований к качеству и эксплуатационным свойствам изделий при снижении себестоимости их производства. Это стимулирует разработку высокоэффективных технологий, отвечающих
