Пневмотермическая формовка и диффузионная сварка трёхслойных клиновидных панелей с подпором обшивок

Рис. 7. Инструментальный магазин

Особое внимание в проекте уделено технике безопасности. В РТК использован вариант с закрытой линейной осью. Нахождение человека в зоне обработки деталей недопустимо, поэтому в комплексе предусмотрены механическое ограждение и фоторелейный барьер. После установки детали в приспособление оператор должен покинуть зону обработки и все дальнейшие действия осуществлять с помощью электронной панели. При попытке проникновения оператора или постороннего лица в рабочую зону робота происходит пересечение луча, который наводится системой защиты между стойками барьера, сигнал о его преры-

вании поступает в контроллер и работа комплекса блокируется.

Робототехнический комплекс для удаления заусенцев с длинномерных деталей позволяет производить обработку деталей из титановых и алюминиевых сплавов. Данный комплекс не имеет аналогов в России. Его простота в использовании, точность, гибкость и адаптивность в полной мере согласуются с тенденциями и особенностями малого, среднего и крупносерийного производства. РТК создается по проекту, выполняемому совместно с Иркутским авиационным заводом - филиалом корпорации «Иркут».

Представленная в рамках данной статьи работа проводится при финансовой поддержке Правительства Российской Федерации (Минобрнауки России) по комплексному проекту 2012-218-03-120 «Автоматизация и повышение эффективности процессов изготовления и подготовки производства изделий авиатехники нового поколения на базе Научнопроизводственной корпорации «Иркут» с научным сопровождением Иркутского государственного технического университета» согласно постановлению Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 г. № 218.

Библиографический список

1. Димов Ю.В. Перспективы использования лепестковых кругов при изготовлении деталей самолета // Повышение эффективности технологических процессов в машиностроении. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2000. С. 3—10.

2. Оптимизация процессов механообработки на основе модального и динамометрического анализа / Савилов А.В. [и др.] // Наука и технологии в промышленности. 2013. № 1-2. С. 42-46.

3. Пашков А.Е., Малащенко А.Ю. Об автоматизации процесса гибки-прокатки деталей типа обшивок крыла в комбинированном процессе формообразования // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2011. № 11. С. 37-42.

4. Kennedy B. Prosock Machine featured // Cutting Tool Engineering Magazine. October 2005.

УДК 621.7.04

ПНЕВМОТЕРМИЧЕСКАЯ ФОРМОВКА И ДИФФУЗИОННАЯ СВАРКА ТРЁХСЛОЙНЫХ КЛИНОВИДНЫХ ПАНЕЛЕЙ С ПОДПОРОМ ОБШИВОК

1 9

© А.В. Колесников1, А.К. Шмаков2

Иркутский государственный технический университет,

664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Рассмотрена возможность изготовления трёхслойных клиновидных панелей методом пневмотермической формовки и диффузионной сварки с подпором обшивок. Предложены схемы формовки многослойных клиновидных панелей с подпорной плитой. Определены зависимости для расчёта технологических параметров проведения процесса предложенным методом формовки.

Ил. 6. Библиогр. 6 назв.

Ключевые слова: пневмотермическая формовка; сверхпластичность; клиновидные многослойные конструкции.

THERMAL-PNEUMATIC FORMING AND DIFFUSION BONDING OF THREE-LAYER WEDGE-SHAPED PANELS

WITH SKINS SUPPORT

A.V. Kolesnikov, A.K. Shmakov

Колесников Алексей Владимирович, аспирант, тел.: 89025787277, e-mail: Avk@istu.edu Kolesnikov Aleksei, Postgraduate, tel.: 89025787277, e-mail: Avk@istu.edu

2Шмаков Андрей Константинович, кандидат технических наук, доцент кафедры самолетостроения и эксплуатации авиационной техники, тел.: 89140074508, e-mail: Shmakov@istu.edu

Shmakov Andrei, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Aircraft Construction and Maintenance, tel.: 89140074508, e-mail: Shmakov@istu.edu

Irkutsk State Technical University,

83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The article considers the possibility to produce three-layer wedge-shaped panels by thermal-pneumatic forming and diffusion bonding with skins support. It proposes forming schemes of multilayer wedge-shaped panels with a backing plate. The dependences for calculating the process parameters of manufacturing by the proposed forming method are determined.

6 figures. 6 sources.

Key words: thermal-pneumatic forming; superplasticity; wedge-shaped multilayer structures.

В конструкциях летательных аппаратов большой интерес представляют многослойные конструкции. Одним из перспективных процессов изготовления многослойных конструкций из труднодеформируемых сплавов в настоящее время является пневмотермиче-ская формовка (ПТФ) и диффузионная сварка (ДС) в режиме сверхпластичности. В условиях ПТФ/ДС изготавливают такие элементы конструкции самолёта как лопатки турбин, крышки люков, силовых панелей, в том числе и переменной высоты - клиновидных панелей (рис. 1).

Рис. 1. Клиновидная панель

Для осуществления процесса ПТФ/ДС на средний лист с обеих сторон наносится антисварочное покрытие заданного рисунка. Далее собирается пакет из трёх листов, который закладывается в оснастку для ПТФ/ДС, нагретую до температуры, необходимой для

осуществления диффузионной сварки, герметизируется по контуру и прижимается давлением рс в, обеспечивающим сварку в местах отсутствия антисвароч-ного покрытия. После диффузионной сварки внутрь пакета подаётся давление формующего газа по определённому закону и осуществляется формовка панели.

Изготовление клиновидных многослойных панелей с относительной высотой панели более единицы

(Я;- = ^ >1) (рис. 2) и небольшим соотношением тол-

£

щин внешних обшивок и заполнителя ( — < 2 ) сопровождается образованием неустранимых дефектов, так называемых утяжин. Для их устранения необходимо применение специальных мер.

Опыт моделирования процесса формовки и изготовления образцов показывает, что утяжины возникают вследствие того, что в процессе формовки многослойных панелей имеет место разное перемещение нижней обшивки в разных зонах пакета листов [1-3]. В зоне диффузионной сварки нижняя обшивка сдерживается ребрами заполнителя, тогда как в зонах, не сваренных с заполнителем, обшивка формуется свободно под действием формующего давления, при этом образуются её прогибы (рис. 3).

Формующее давление р;- после преобразования определяется выражением [4]:

2 / пБ3гН / /Л\

= 3^

где а5 - напряжение течения материала в режиме сверхпластичности; п - количество ребер заполнителя клиновидной панели; 53 - исходная толщина листа заполнителя; 50 - исходная толщина листа обшивки;

В - ширина панели; Я = — - текущая относительная

а1

высотау-го ребра гофра клиновидной панели.

Время формовки многослойной клиновидной панели т после преобразования определяется выражением [4]:

Т=^ГЁ2,

1 Й £ е

где £ е - скорость деформации материала заполнителя в режиме сверхпластичности.

Одной из эффективных мер борьбы с прогибом обшивок в процессе формовки является поддержка формующегося листа обшивки путём применения подвижного элемента оснастки [5] - подпорной плиты. Схема процесса ПТФ/ДС клиновидной многослойной панели с подвижным элементом оснастки в виде подпорной плиты 5 с механическим приводом 6, представлена на рис. 4.

ляется выражением

Дфу Д X;'

где Дг/»у - приращение угла поворота подпорной плиты; Дт;- - приращение времени формовки многослойной панели.

Угол поворота подпорной плиты ^ зависит от изменения высоты многослойной панели в процессе формовки и в крайнем положении при полностью отформованной панели становиться равным углу а. Тогда, приняв граничное условие фк = а, можно определить значение угла ф к:

^ Ф = Т’

= агсід

«І

Для соблюдения режима сверхпластической деформации в каждом ребре гофров необходимо, чтобы относительные высоты панели были равны между собой, то есть Н 1 = Н2 = • • • = Н), тогда приращение угла поворота подпорной плиты примет вид:

АЦ] = агМд

"і

'

аі

где ДЯ,- - приращение относительной высоты панели в

Рис. 4. Схема формовки клиновидной трёхслойной панели с механическим управлением подпорной плитой:

1 - листы многослойной панели; 2 - антисварочное покрытие; 3 - верхняя крышка оснастки; 4 - нижняя часть оснастки; 5 - подпорная плита; 6 - механический привод; 7 - ось вращения подпорной плиты

Подпорную плиту 5 с механическим приводом 6 необходимо поворачивать относительно оси 7 с угловой скоростью такой величины, при которой не возникают прогибы обшивок в процессе формовки. Угловая скорость вращения подпорной плиты должна обеспечивать постоянство скорости деформации рёбер заполнителя многослойной панели. С учётом сказанного угловая скорость поворота подпорной плиты опреде-

процессе формовки.

Приращение времени формовки многослойной панели определяется:

Дт;-=Т,- г 1-г,-,

где Г, - время формовки у - этапа; г, г 1 - время формовки у +1 этапа.

Тогда, подставив уравнение (2) в уравнение (5), получим:

Рис. 5. Зависимость давления газа в процессе формовки от времени: 1 - график изменения формующего давления газа; 2 - график изменения противодавления

Ат, =

IП ( 1 +

( 2, + 1) (А Н 1 + 0'АЯ/)2

Подставив уравнение (4), (6) в уравнение (3) определим зависимость изменения скорости поворота подпорной плиты о, от приращения относительной высоты панели в процессе формовки:

мальное давление рь которое определяется из условия (1) при Н, = 1 .

1 (п53+5(Д

=

;-(1+-

(2/+1) (АН

2\--С

Ч/АН/

Благодаря зависимости (7) отпадает необходимость регулирования давления формующего газа, так как режим сверхпластической деформации ребер заполнителя обеспечивается управляемым перемещением подпорной плиты. В этом случае при формовке панели внутрь можно подавать постоянное макси-

Однако реализация работы механических приводных устройств при высоких температурах является сложной задачей, поэтому для упрощения конструкции оснастки для управления подпорной плитой можно применить газовый привод. В данной схеме управляющим воздействием для поворота подпорной плиты может служить противодавление газа ррг. (рис. 5).

Формовка в высокой части панели будет происходить быстрее, чем в конце, однако скорость деформации материала заполнителя останется постоянной по всей ширине. Поворот подвижной плиты будет обеспечиваться неравномерной формовкой рёбер по ширине

Рис. 6. Схема формовки клиновидной трёхслойной панели с подпорной плитой, управляемой противодавлением: 1 - листы многослойной панели; 2 - антисварочное покрытие; 3 - верхняя крышка оснастки; 4 - нижняя часть

оснастки; 5 - подпорная плита

панели в связи с нанесением переменного шага ан-тисварочного покрытия.

Величина противодавления ррг удерживающего

подпорную плиту у обшивки, может быть определена из условия

Ppr j pk Pj.

Тогда, подставив уравнение (1), (8) в уравнение (9), получим:

На рис. 6 по зависимостям (8) и (10) рассчитаны законы изменения противодавления для подпорной плиты и подачи давления для формовки многослойной клиновидной панели из титанового сплава ВТ20. Для расчёта приняты следующие данные для ВТ20: <т5 = 40 МПа, £ е =1.610-3 с- [6]. Клиновидная панель имеет гофровый заполнитель шириной В = 220 мм, высотой Я0 = 18 мм, числом ребер гофров п = 20, углом наклона ребер 60°, исходной толщины листа за-

полнителя 1 мм, с соотношением толщин 50/53 = 1.

Таким образом, в результате аналитического исследования установлен закон перемещения подпорной плиты для изготовления клиновидных многослойных панелей. Используя полученные зависимости управления подпорной плитой, можно получать клиновидные панели различной высоты.

Статья подготовлена по материалам работ, выполненных по проекту «Разработка и внедрение комплекса высокоэффективных технологий проектирования, конструкторской и технологической подготовки и изготовления самолёта МС-21» в рамках реализации Постановления Правительства РФ от 09.04.2010 г. № 218 «О мерах государственной поддержки развития кооперации российских высших учебных заведений и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства».

Библиографический список

1. Чумаченко Е.Н. Сверхпластичность: материалы, теория, технологии. М.: КомКнига, 2005. 320 с.

2. Колесников А.В. Анализ возможности пневмотермической формовки многослойных конструкций методом виртуального моделирования // Решетневские чтения: мат-лы XVI Между-нар. науч. конф., посвященной памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М.Ф. Ре-шетнева (Красноярск, 7-9 ноября 2012) Красноярск: Изд-во редакционно-издательского отдела Сиб. гос. аэрокосмич. унта., 2012. Ч. 1. С. 361-363.

3. Пневмотермическая формовка в режиме сверхпластично-

сти рифтовых конструкций из листа / В.В. Мироненко [и др.] // Металлург. 2013. № 9. С. 50-54.

4. Пашкевич А.Г., Орехов А.В., Смирнов В.А. Формовка-сварка трёхслойных титановых конструкций в состоянии сверхпластичности // ИВУЗ Авиационная техника. 1985. № 4. С 90-93.

5. Формовка-сварка многослойных титановых конструкций в состоянии сверхпластичности без матрицы / В.А. Смирнов [и др.] // Авиационная промышленность. 1986. № 9. С. 46-48.

6. Новиков И.И. Сверхпластичность сплавов с ультрамелким зерном. М.: Металлургия, 1981. 168 с.

УДК 621.7.04

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ГИБКИ-ПРОКАТКИ ДЛИННОМЕРНЫХ ОБШИВОК И ПАНЕЛЕЙ КРЫЛА

© А.Ю. Малащенко1

Иркутский государственный технический университет,

664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Сформулированы преимущества применения операции гибки-прокатки для формообразования в продольном направлении деталей типа обшивок и панелей крыла на основании анализа их окончательной геометрической формы. Описана методика расчета технологических параметров гибки-прокатки. Приведены теоретические зависимости для определения угла закручивания поперечных сечений детали как функции настроечных параметров листогибочной машины. Рассмотрена методика определения входных данных для расчета технологических параметров гибки-прокатки по ОАй-модели детали.

Ил. 7. Библиогр. 4 назв.

Ключевые слова: гибка-прокатка; формообразование; технологические параметры; обшивка крыла; линия гиба.

DETERMINING PROCESS PARAMETERS OF BENDING AND ROLLING OF WING LONG SKINS AND PANELS A.Yu. Malashchenko

Irkutsk State Technical University,

83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The article showes the advantages of using bending and rolling for shaping the parts of a wing skin or wing panel type in the longitudinal direction based on the analysis of their final geometry. It describes a procedure to calculate bending and rolling process parameters, and provides the theoretical dependences for estimating the torsion deflection angle of part

1Малащенко Александр Юрьевич, аспирант, тел.: 89086568030, e-mail: mlk17@mail.ru Malaschenko Alexander, Postgraduate, tel.: 89086568030, e-mail: mlk17@mail.ru