Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РОТАЦИОННОГО ОБЖИМА ТРУБ В ПРОИЗВОДСТВЕ ДЕТАЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Хейн Вин Зо 1
1 ФГБОУ ВПО «Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского»
В статье рассмотрены результаты экспериментальных исследований процесса ротационного обжима труб. Представленная работа выполнена на кафедре «Технология производства летательных аппаратов» ФГБОУ ВПО «МАТИ» – Российского государственного технологического университета им. К.Э. Циолковского, где проведены все теоретические и экспериментальные исследования. Трубопроводы работают в условиях сложного нагружения. Они испытывают действия высоких давлений, пульсирующей нагрузки и гидравлических ударов, поэтому к ним предъявляются высокие требования по механическим свойствам материала, качеству внешней и внутренней поверхностей, сохранению формы сечения, а также максимальному утонению стенок трубы. Большая трудоемкость работ на этапе технологической подготовки в производстве летательных аппаратов связана в известной мере с тем, что при изготовлении деталей возможности пластического деформирования исходной заготовки всегда ограничены, поэтому и в теоретическом, и в практическом плане важное значение имеют методы обработки, которые увеличивают предельные деформации заготовки. Это ведет к уменьшению технологических операций и переходов, что в конечном итоге снижает трудоемкость изготовления деталей. Процессы деформирования должны обеспечивать высокие и стабильные механические свойства материала труб, высокое качество внутренней и внешней поверхностей, минимальные утонения стенок и искажения формы сечения трубопроводов. Поэтому исследования в области ротационного обжима являются актуальными.
результаты эксперимента процесса ротационного обжима труб
1. Попов Е.А., Ковалев В.Г., Шубин И.Н. Технология и автоматизация листовой штамповки. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. – 480 с.
2. Листовая штамповка. Расчет технологических параметров. Справочник / В.И. Ершов, О.В. Попов, А.С. Чумадин и др. – М.: Изд-во МАИ, 1999. – 516 с.
3. Сторожев М.В., Попов А.Е. Теория обработки металлов давлением. – М.: Машиностроение, 1977. – 423 с.
4. Чумадин А.С., Бурштейн Н.М., Архипов В.Н. Способ изменения диаметра концевого участка трубы. Патент РФ № 2104112, 1998.
5. Абибов А.Л., Бирюков Н.М., Бойцов В.В. и др. Технология самолетостроения. – М.: Машиностроение, 1970. – 499 с.
6. Листовая штамповка. Расчет технологических параметров. Справочник / В.И. Ершов, О.В. Попов, А.С. Чумадин и др. – М.: Изд-во МАИ, 1999. – 516 с.
7. Хейн Вин Зо Математическое моделирование процесса ротационного обжима концевого участка трубы // Науковедение: электронное научно-техническое издание. Вып. 6 – 2013 (19) – ноябрь – декабрь, идентификационный номер статьи в журнале: 62TVN613, http://naukovedenie.ru.

Представленная работа выполнена на кафедре «Технология производства летательных аппаратов» ФГБОУ ВПО «МАТИ» – Российского государственного технологического университета им. К.Э. Циолковского, где проведены все теоретические и экспериментальные исследования.

Трубопроводы работают в условиях сложного нагружения. Они испытывают действия высоких давлений, пульсирующей нагрузки и гидравлических ударов, поэтому к ним предъявляются высокие требования по механическим свойствам материала, качеству внешней и внутренней поверхностей, сохранению формы сечения, а также максимальному утонению стенок трубы.

Большая трудоемкость работ на этапе технологической подготовки в производстве летательных аппаратов связана в известной мере с тем, что при изготовлении деталей возможности пластического деформирования исходной заготовки всегда ограничены, поэтому и в теоретическом, и в практическом плане важное значение имеют методы обработки, которые увеличивают предельные деформации заготовки. Это ведет к уменьшению технологических операций и переходов, что, в конечном итоге снижает трудоемкость изготовления деталей.

Процессы деформирования должны обеспечивать высокие и стабильные механические свойства материала труб, высокое качество внутренней и внешней поверхностей, минимальные утонения стенок и искажения формы сечения трубопроводов. Поэтому исследования в области ротационного обжима являются актуальными.

При ротационном обжиме труб процесс осуществляется иначе (рис. 1). Заготовка 1 помещается в зазор между оправкой 2 и давильным роликом 3. Под действием усилия Р происходит упругое сжатие стенки заготовки. Обжим заготовки 1 осуществляется путем ее вращения и осевой подачи в профилированный зазор между оправкой 2 и роликом 3, причем вращение и осевое перемещение заготовки осуществляет вращающаяся оправка 2 при отклонении оси вращения заготовки на угол g от оси вращения оправки (рис. 2).

pic_17.wmf

Рис. 1. Схема ротационного обжима труб: 1 – заготовка; 2 – оправка; 3 – ролик

Таким образом, происходит локальное деформирование концевого участка заготовки сначала в нестационарном, а затем в стационарном очаге деформации [3]. Работа, развиваемая внешним моментом М, за исключением потерь на упругое деформирование зоны передачи усилия, полностью идет на формообразование концевого участка трубы.

pic_18.wmf

Рис. 2. Схема ротационного обжима труб. Вид А на рис. 1

Исследования процесса ротационного обжима концевых участков труб проводились на указанной установке по схеме, изображенной на рис. 3. Технологическая оснастка для обжима (оправка и ролик) была выполнена таким образом, что обеспечивала обжим труб со следующими коэффициентами обжима (Коб):

для труб ∅60 мм – Коб = 0,87;

для труб ∅50 мм – Коб = 0,84;

для труб ∅42,5 мм – Коб = 0,81.

Результаты экспериментов приведены в табл. 1.

Проведенные исследования показали эффективность новых схем деформирования концевых участков труб с целью получения переходников. Предельные возможности здесь на 30–40 % выше, чем в традиционных процессах.

pic_19.wmf

Рис. 3. Расчет площади контакта заготовки и инструмента. Вид Б на рис. 1

Таблица 1

Результаты экспериментов по ротационному обжиму труб (a = 30°, lo = 30 мм, lк = 10 мм)

№ п/п

Материал заготовки

Размеры, мм

Максимальное усилие, кН

Время обработки, с

Подача, мм/об

Получаемый диаметр трубы, мм

1.

Сталь Ст.3

60×3,5

9,0/8,0

70

0,4

54,0

2.

Сталь Ст.3

42,5×3,5

13,0/12,2

30

0,6

34,5

3.

АМг6М

50×2,25

5,0/4,3

38

0,6

42,0

Таблица 2

Результаты предварительных экспериментов

Материал заготовки

Размеры, мм

Погонное усилие деформирования, кг/мм

Время обработки, с

Диаметр получаемого раструба, мм

Сталь Ст.3

Сталь Ст.3

Сталь Ст.3

Сталь Ст.3

Сталь Ст.3

АМг6М

АМг6М

АМг6М

АМг6М

60×3,5

60×3,5

60×3,5

42,5×3,5

42,5×3,5

50×2,25

50×2,25

50×2,25

50×2,25

118,0

128,0

96,0

102,6

60

90

70

50

50

22

15

32

15

60

8

10

15

11

38

40

35

30

30

35

40

45

46

Таблица 3

Размеры длин «a» и «b» контактной поверхности для полосы

№ п/п

Марка материала, размер заготовки

Ширина полосы L, мм

Усилие Р, кг

Размер «а», мм

Размер «b», мм

Толщина в зоне контакта, мм

1

АМг6М, полоса, толщина 2,0 мм

20

500

1,5

1,55

2,2

20

1000

2,06

2,65

2,1

20

1500

3,00

3,8

2,2

20

2000

3,65

3,68

2,2

20

2500

4,61

5

2,3

Таблица 4

Размеры длин «a» и «b» контактной поверхности для полосы

№ п/п

Марка материала, размер заготовки

Ширина полосы L, мм

Усилие Р, кг

Размер «а», мм

Размер «b», мм

Толщина в зоне контакта, мм

1

Д16Т, полоса, толщина 1,0 мм

20,0

1000

1,7

1,2

1

20,0

1500

2

1,85

1,2

Таблица 5

Размеры длин «a» и «b» контактной поверхности для трубы

№ п/п

Марка материала, размер заготовки

Ширина кольца L, мм

Усилие Р, кг

Размер «а», мм

Размер «b», мм

Толщина в зоне контакта, мм

1

АМг6М, труба, Ø50×2,0 мм

25,0

1000

1,9

2,05

2

25,0

2000

2,5

2,35

2

25,0

3000

3,6

3,4

1,9

Примечание. Размер «b» – по внешней поверхности. Из таблиц видно, что размеры геометрического контакта «а» и «b» близки друг к другу и слабо зависят от формы заготовки и диаметров давильных оправок.

Вывод

В результате предварительных экспериментов было установлено, что возможности ротационного обжима в 1,2–1,5 раза повышают предельные деформации заготовки по сравнению с обжимом на матрице, причем большое значение играет время обработки, чем оно меньше (больше деформирующее усилие), тем выше возможности формоизменения.

Рецензенты:

Симаранов С.Ю., д.т.н., профессор, генеральный директор ЗАО «Техноконсалт», г. Москва;

Гагарина Л.Г., д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Информатика и программное обеспечение вычислительных систем», Национальный исследовательский университет МИЭТ, г. Москва.

Работа поступила в редакцию 27.12.2014.


Библиографическая ссылка

Хейн Вин Зо ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РОТАЦИОННОГО ОБЖИМА ТРУБ В ПРОИЗВОДСТВЕ ДЕТАЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 12-8. – С. 1652-1655;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=36416 (дата обращения: 20.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074