CC BY
9
УДК 621.7
ТЕОРЕТИКО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ МЕТОД РАЗРАБОТКИ ТЕХПРОЦЕССА ВЫТЯЖКИ С ВЫВОРАЧИВАНИЕМ ГЛУБОКОПРОФИЛЬНЫХ ГОФРИРОВАННЫХ ОБОЛОЧЕК
М.М. Мартынов
Рассматриваются технологические аспекты реализации инновационной идеи снижения аэродинамического сопротивления летательного аппарата путем формообразования в полете кормового обтекателя предпочтительной геометрии на базе пластического деформирования исходной гофрированной тонкостенной оболочки внутренним газодинамическим воздействием. Предложен и обоснован теоретико-экспериментальный метод разработки техпроцесса вытяжки с выворачиванием глубокопрофильных гофрированных. Реализуемость предложенного метода подтверждена результатами численного моделирования и изготовлением модельного варианта мембраны без промежуточной термохимической обработки.
Ключевые слова: летательный аппарат, кормовой обтекатель, гофрированная мембрана, технологический процесс, математическое моделирование, физический эксперимент, вытяжка с выворачиванием.
Системный анализ тенденций развития летательных аппаратов (ЛА) атмосферной зоны показывает, что приоритетным направлением их совершенствования становится увеличение максимальной дальности полета при сохранении габаритно-массовых характеристик [1]. При этом одним из основных направлений является снижение аэродинамического сопротивления и в частности его донной составляющей. Ранее [2] была обоснована с позиций возможностей траекторного функционирования инновационная идея полетной трансформации кормового обтекателя ЛА активного старта, в основе которой лежат процессы пластической деформации исходной тонкостенной гофрированной оболочки (рис. 1) внутренним давлением в кормовой обтекатель конической формы. Основной проблемой при разработке такого типа новых устройств является обоснование предпочтительной исходной формы гофрированной оболочки и режимов ее нагружения в процессе пластического деформирования (полетной трансформации) в кормовой обтекатель заданной геометрии.
Данная идея реализуется устройством трансформируемого кормового обтекателя [3, 4], в основу которого положен процесс деформирования в полете внутренним силовым воздействием гофрированной оболочки с коаксиальной совокупностью гофр (рис. 1) в коническую оболочку, внешняя форма которой минимизирует донное аэродинамическое сопротивление.
Изначально проблема состояла в том, чтобы доказать работоспособность предложенной идеи и создать научно обоснованную методику проектирования рассмотренного типа устройств, позволяющую выбирать наилучшие конструктивные параметры деформируемой оболочки и назначать предпочтительные режимы деформирующего ее силового воздействия.
Решить данную проблему удалось на основе математического моделирования процесса формообразования кормового обтекателя, представляя его как совокупность взаимосвязанных газодинамических, деформационных и тепловых процессов в динамической постановке [2].
Рис. 1. Внешний (исходный) вид гофрированной оболочки и конечная ее геометрия в виде кормового обтекателя после процесса
полетной трансформации
В итоге предложен базовый вариант исходной гофрированной мембраны (рис. 2) с предпочтительными геометрическими размерами гофр. Исходя из наличия необходимых механических свойств и рыночной доступности, в качестве материала изготовления предложена сталь марки 08Ю ГОСТ 9045-93.
Для полной технической реализации указанной инновационной идеи не решенным остается вопрос обоснованного выбора технологического процесса изготовления деформируемого элемента механизма трансформации кормового обтекателя, представляющего собой мембрану с коаксиальной совокупностью зигзагообразных гофр большой глубины (рис. 2).
Учитывая сложность конструкции гофрированной оболочки и необходимость обеспечения требуемой прочности и пластичности в условиях динамического нагружения, при функционировании проведен анализ вариантов технологических процессов изготовления для условий серийного производства с использованием ключевой операции холодной последовательной вытяжки без утонения из круглой анизотропной заготовки.
А(4:1)
Рис. 2. Базовый вариант гофрированной мембраны: Б - внутренний диаметр; я - толщина; Нгофр - глубина гофр; Я1 - внешний радиус закругления гофр; Я2- внутренний радиус закругления гофр
360
В качестве первичных концепций техпроцесса изготовления гофрированной оболочки рассматривались две альтернативы: формирование заданных гофр от центра к периферии и наоборот - рис. 3, а, б.
а б
Рис. 3. Способ изготовления гофрированной оболочки на основе многопереходной вытяжки: а - формирование заданных гофр от центра к периферии; б - формирование заданных гофр от периферии к центру
Для оценки работоспособности приведенных концепций разработана и изготовлена специализированная технологическая оснастка (рис. 4).
Попытки отладки техпроцесса, реализующего движение от центра к периферии для данной геометрии гофр, показали, что весьма трудно подтянуть материал для формирования центрального гофра с периферии заготовки относительно большого диаметра. Гораздо проще формировать сначала периферийные гофры, а потом из них последовательно формировать следующие гофры, постепенно перемещаясь к центру. В итоге было установлено, что для данной геометрии гофр при формировании центрального гофра первым и за один переход можно получить его максимальную глубину не более 0,3 Лгофр, и то со значительным утонением материала. При стремлении получить большую глубину происходило разрушение материала, т.е. обрыв данного гофра, если сначала формировать периферийный (наружный) гофр, то его максимальная глубина может достигать 1,2 Лгофр, что даже больше проектной, однако в ходе реализации этого варианта выяснилось, что после формирования борта (операции отбортовки) дальнейшее перемещение материала с периферии заготовки значительно затруднялось из-за интенсивного складкообразования за бортом.
При этом не удалось получить дальнейшие гофры глубиной более 0,5 Лгофр (рис. 4). Такие результаты экспериментального подтверждения реализуемости указанной концепции выявили необходимость дальнейшего поиска техпроцесса и более глубокого теоретического анализа операций холодной листовой штамповки.
Рис. 4. Специализированная технологическая оснастка для изготовления гофрированных оболочек и результаты экспериментально исследованных техпроцессов
В результате проведенных многочисленных теоретико-экспериментальных исследований выяснилось, что возможно разработать технологический процесс изготовления тонкостенных гофрированных оболочек методом последовательной вытяжки с выворачиванием (рис. 5).
Рис. 5. Способ изготовления гофрированной оболочки на основе многопереходной вытяжки с выворачиванием (Патент РФ №2576970)
Расчет геометрии заготовки
Расчет геометрии оснастки
Исходные данные
5—£.'5 ^моделирование перехода)
Редактор геометрии (ДОгаЙ (конвертирование в формат С^огт. разбиение на конечные элементы, коррекция геометрии)
Блок аналитического расчета: оценка напряженно-деформированного состояния заготовки на переходе (10), (11), (14): - проверка условия устойчивости (13);
корректировка механических свойств материала заготовки для следущего перехода, с учетом полученной на переходе степени деформации деформации, услови трения и механических свойств на предыдуще переходе.
Рис. 6. Структурная схема метода теоретико-экспериментального
моделирования техпроцесса вытяжки с выворачиванием, с попереходной корректировкой параметров упрочнения материала
362
В итоге разработан метод теоретико-экспериментального моделирования техпроцесса вытяжки с выворачиванием, с попереходной корректировкой параметров упрочнения материала (рис. 6).
Ниже (рис. 7) приведены результаты математического и физического моделирования технологических операций вытяжки упрощенной модели гофрированной мембраны в соответствии со схемой процесса, построенного на основе многопереходной вытяжки с выворачиванием.
Рис. 7. Результаты численного и натурного эксперимента по реализации техпроцесса изготовления гофрированной мембраны на основе метода последовательного выворачивания предыдущего
полуфабриката
Сравнительный анализ полученных результатов показал хорошую сходимость математического моделирования с физическим экспериментом. Это обосновало технологическую воспроизводимость гофрированной оболочки методом вытяжки с выворачиванием и возможность исследования полного техпроцесса (изготовления мембраны с наличием 6-ти гофр) методом теоретико-экспериментального моделирования техпроцесса вытяжки с выворачиванием, с попереходной корректировкой параметров упрочнения материала.
Список литературы
1. Ветров В.В., Дунаев В.А., Костяной Е.М., Морозов В.В. Реализация концепции повышения баллистической эффективности летательных аппаратов ближней зоны // Фундаментальные исследования. 2012г. №11 (часть 2). С. 377-382.
2. Ветров В.В., Дунаев В.А., Панферов П.В. Использование деформируемых кормовых частей в рамках концепции повышения баллистической эффективности снарядов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2011. Вып. 2. С. 212-216.
3. Патент №2646841 РФ Способ увеличения дальности полета артиллерийского снаряда / В.В. Морозов, В.В. Ветров, М.М. Мартынов, В.М. Лялин.
4. Ветров В.В., Дунаев В.А., Костяной Е.М., Михеев К.Н., Панферов П.В. Математическое моделирование динамики пластического формообразования трансформируемого в полете кормового обтекателя летательного аппарата // Вестник ПНИПУ. Механика. 2015. № 1. С. 58-75.
363
Мартынов Максим Михайлович, инженер-конструктор, Martinov_m@,bk.ru, Россия, Тула, ПАО Тульский оружейный завод
THEORETICAL-EXPERIMENTAL METHOD OF DEVELOPMENT OF TECHNICAL PROCESS OF STAMPING WITH EVERSION OF DEEP-PROFILE CORRUGATED SHELLS
M.M. Martynov
The article discusses the technological aspects of the implementation of the innovative idea of reducing the aerodynamic resistance of an aircraft by shaping the fodder fairing of preferred geometry based on plastic deformation of the original corrugated thin-walled shell by means of internal gas dynamics in flight. A theoretical-experimental method for the development of an extrusion process with inversion of deep-profile corrugated plates is proposed and substantiated. The feasibility of the proposed method is confirmed by the results of numerical simulation and the manufacture of a model version of the membrane without an intermediate thermochemical treatment.
Key words: aircraft, feed-in fairing transformable in flight, initial corrugated membrane, manufacturing process, mathematical modeling, physical experiment, extrusion hood.
Martynov Maxim Mikhailovich, engineer-designer, Martinov_m@,bk.ru, Russia, Tula, JSC Tulsky Oruzheiny Zavod
УДК 53.082
ТРЕХМЕРНЫЕ СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ТОЧНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ В УСЛОВИЯХ СЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
А.С. Хромов, Н.С. Зинец
Проводится анализ трёхмерных средств контроля геометрических параметров изделий сложной геометрической формы по точности определения размеров и времени, затраченном на измерение. По результатам исследований сделаны выводы о целесообразности применения рассмотренных средств контроля в рамках серийного производства.
Ключевые слова: контроль качества, точность измерений, 3D-сканеры.
Рыночный успех предприятия определяется конкурентоспособностью его продукции, поэтому в современных условиях постоянно меняющейся конъюнктуры рынка от предприятий требуется быстро разрабатывать и осваивать производство нового, востребованного рынком продукта.
Для перехода на качественно новый уровень проведения разработок изделий на предприятиях осваиваются программные комплексы сквозного и параллельного проектирования, внедряются в производство обрабатывающие центры с ЧПУ и автоматические сборочные линии.
364
