Изготовление деталей типа «Форсунка» двигателей летательных аппаратов

Перспективные материалы и технологии в аэрокосмической отрасли

УДК 621.7/9

С. Ю. Звонов, И. Р. Сулейманова, И. П. Попов

Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева (Национальный исследовательский университет), Россия, Самара

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ТИПА «ФОРСУНКА» ДВИГАТЕЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Рассмотрена последовательность проектирования детали типа «форсунка» двигателя летательного аппарата. Она основана на теории процессов выдавливания, в частности вытяжки с принудительным утонением, а также на моделировании с использованием программного комплекса Deform 2D.

В обработке металлов давлением проблемой является получение штампованной детали, размеры которой либо близки, либо полностью соответствуют готовому изделию. Решение этой проблемы позволяет снизить себестоимость готового изделия за счет повышения коэффициента использования материала, снижения трудозатрат, а главное повысить эксплуатационные характеристики изделия, что чрезвычайно важно в производстве деталей двигателей летательных аппаратов. В конструкции двигателей летательных аппаратов широко используются небольшие по размерам детали типа «форсунка» камер сгораний.

В настоящее время получение подобных деталей основано на технологии, включающей процессы вытяжки цилиндрического стакана, последующего его обжима и окончательной механической обработки [1]. Однако такая технология не дает возможность получать детали типа «форсунка» с утолщениями на кромках большого и меньшего диаметров. Для совершенствования существующей технологии, обеспечивающей получение утолщения на кромках детали, предполагается использовать процесс вытяжки с принудительным утонением цилиндрического стакана в той ее части высоты, которая при обжиме формирует коническую стенку и утолщенную цилиндрическую часть большого диаметра форсунки.

Следует отметить, что набор толщины, который имеет место в очаге пластической деформации при обжиме (в центральной части стенки конической детали) является дополнительным припуском под механическую обработку.

Важным является то обстоятельство, что при вытяжке в зоне радиусного перехода пуансона Rn утонение не превышало бы величины принудительного утонения стенки полуфабриката. Этот факт наиболее целесообразно установить с помощью моделирования процесса вытяжки с принудительным утонением с применением программного комплекса DEFORM 2D.

График распределения толщин вдоль образующей на 2 стадии вытяжки с коэффициентом вытяжки Кв = 1,55, с максимально возможным с точки зрения вытяжки и обжима заготовки коэффициентом утонения Ку = 1,6 и коэффициентами трения ц = 0,05-0,2 представлен на рисунке.

В первую очередь определим значение толщин элементов заготовки, находящихся в зоне кромки за-

готовки и входящих в очаг пластического деформирования с принудительным утонением. В основу расчета положена инженерная методика [2].

Полученные значения толщины кромки при Кз = 25 мм, К = 17 мм, ср = 0, 5"кр= 2,7 мм позволяют определить напряжение в протянутой цилиндрической части заготовки, когда кромка входит в очаг принудительного утонения. Основы расчетов произ-водились согласно последовательности, изложенной в работе [3].

Распределение толщин вдоль образующей цилиндрического стакана с принудительным утонением при разных коэффициентах трения после 2 стадии

Проведенный анализ позволяет сформулировать последовательность проектирования процесса формообразования деталей типа «форсунка», основанную на операциях вытяжки с принудительным утонением и последующего обжима:

- определяются размеры полуфабриката в виде цилиндрического стакана, полученного вытяжкой с принудительным утонением. В основе расчета используются размеры детали типа «форсунка» и известные результаты процесса обжима полой цилиндрической заготовки с дном;

- из условия постоянства объема рассчитываются размеры исходной плоской заготовки и геометрические параметры штамповой оснастки для вытяжки и обжима;

- используя аналитические зависимости, изложенные в работе [3], определяются значения толщин, относящиеся к элементам донной части, радиусной части пуансона, кромки цилиндрического стакана при вытяжке с принудительным утонением.

Решетневские чтения

Следует учесть, что методика применима для относительных толщин заготовки £заг / dзаг > 0,02 с коэффициентами вытяжки Кв = 1,5-1,55 и материалов, обладающих пластичностью с относительной величиной удлинения 5ш > 25 %.

Библиографические ссылки

1. Попов И. П. Направленное изменение толщины листовой заготовки в процессах пластического

деформирования : учеб. пособие ; Самар. гос. аэро-космич. ун-т. Самара, 2006.

2. Попов Е. А. Основы теории листовой штампов -ки : учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Машиностроение, 1977.

3. Головин В. А., Дмитриев А. М., Воронцов А. Л. Технология ковки и объемной штамповки : в 2 ч. Ч. 2. Малоотходная объемная штамповка : учебник. М. : Машиностроение-1, 2004.

S. Y. Zvonov, I. R. Syleimanova, I. P. Popov Samara State Aerospace University named after Academician S. P. Korolev (National Research University), Samara, Russia

«ATOMIZER» TYPE DETAILS' DESIGNINGOF AIRCRAFTS ENGINES

The sequence of «atomizer» type details' designing has been considered. It is based on the theory of extrusion processes including hood with forced thinning and on modelling with the use of Deform 2D software.

© Звонов С. Ю., Сулейманова И. Р., Попов И. П., 2010

УДК 541.43/.49; 539.62; 532.516; 539.375.6

Л. В. Кашкина, В. А. Кулагин, О. П. Стебелева, Е. Э. Безбородова Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КАВИТАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ С УЛУЧШЕННЫМИ ТРИБОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ

Представлен способ получения кавитационно-активированногоуглеродосодержащего материала (КАУМ) с помощью гидродинамической кавитации. Показано, что использование полученного материала в качестве на-номодификатора трения приводит к снижению износа пары «сталь-сталь».

Последними достижениями в области трибологии можно считать получение углеродосодержащих на -номодификаторов трения, к которым относятся некоторые виды ультрадисперсных технических углеро-дов, фуллереносодержащих и алмазосодержащих саж. Добавление их в смазочные материалы приводит к увеличению ресурсов работы механизмов. Нахождение энергоемких технологий и дешевых углеродосо-держащих материалов для создания наномодификато-ров трения - актуальная задача современной трибологии. В данной работе проведено исследование возможностей кавитационной технологии для получения углеродосодержащего наномодификатора трения.

Кавитация - (от латинского слова «cavitas» - пустота) образование в капельной жидкости полостей -кавитационных микропузырьков, заполненных паро-газом. В чистой жидкости их содержится до 500 тыс. в 1 мл. В процессе схлопывания пузырьков в жидкости за счет концентрации энергии в окрестности пузырька могут возникать высокие температуры и состояния, подобные условиям в горячей плазме, также возникают ударные волны, а за счет трения внутри жидкости наблюдается электризация пузырька. Составляющие кавитационной технологии являются основой технологических процессов получения извест-

ных углеродосодержащих наномодификаторов. К ним относятся ударное воздействие, плазмохимические реакции, деструкция воды, турбулентное микроперемешивание.

Здесь проведено исследование влияния смазочной композиции (индустриальное масло И-20А с добавкой кавитационно-активированного углеродосодержащего материала (КАУМ) на основе продукта карбонизации древесины) на износостойкость пары «сталь-сталь». Приготовление смазочных композиций осуществлялось путем добавления в навеску индустриального масла И-20А кавитационно-обрабо-танных саж, предварительно растворенных в капле бензина с последующим механическим перемешива -нием.

Состав исходной древесной сажи приведен в табл. 1 (рентгеновский флуоресцентный спектрометр S-4 Pioneer фирмы Bruker, точность 0,001 % в зависимости от элемента). Трибологические испытания проводились на машине трения КТ-2. Испытуемая пара «сталь ШХ15-сталь 45»; нагрузка Р составляла 25H, скорость вращения 800 об/мин. Исследовались 7 различных образцов (табл. 2). Длительность испытания каждого образца составляла 10 минут. Испытывались не менее трех однотипных образцов при одинаковых