Розробка технології виготовлення листових ошипованих деталей літака з високоміцних алюмінієвих сплавів із застосуванням наплавлення

Размещено на http://www.allbest.ru/

Державний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського

"Харкiвський авiацiйний iнститут"

Рогачов Євген Петрович

УДК 629. 7. 002 : 621. 791.92 : 621.735.32

Розробка технології виготовлення листових ошипованих деталей літака з високоміцних алюмінієвих сплавів із застосуванням наплавлення

Спецiальнiсть 05.07.04 - Технологія виробництва літальних апаратів

Автореферат

дисертації на здобуття вченого ступеня

кандидата технічних наук

Харків 2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Державному аерокосмічному університеті ім. М. Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут" Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Тарасов Микола Михайлович, професор кафедри технології виробництва літальних апаратів Державного аерокосмічного університету ім. М. Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут".

Офіційні опоненти :

доктор технічних наук, професор Костюк Геннадій Ігорович, завiдувач кафедри Державного аерокосмічного університету ім. М. Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут";

кандидат технічних наук, Чистяк Володимир Григорович, доцент Харківського державного економічного університету.

Провiдна установа : Український науково-дослідний інститут авіаційної технології, Державний комiтет промислової політики України, м. Київ.

Захист відбудеться "20" жовтня 2000 р. о 16.00 годинi на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.062.04 у Державному аерокосмічному університеті ім. М. Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут" за адресою : 61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Державного аерокосмічного університету ім. М. Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут" (м. Харків, вул. Чкалова, 17)

Автореферат розісланий “20 ” _вересня___ 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, професор Корнілов Г. Л.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. У літакобудуванні для збільшення фрикційних властивостей вантажних підлог літаків, трапів, рамп, стелажів застосовують ошиповані листові деталі. До таких деталей пред'являються вимоги високої механічної тривкості, зносостійкості, герметичності і їх виготовляють із високоміцних титанових або алюмінієвих сплавів (ВТ6С, Д16АТ, В95).

В даний час для виготовлення підлоги найбільше застосування знайшли високоміцні алюмінієві ошиповані листи, отримані прокатуванням через валки. Процес одержання деталей із таких листів характеризується високим рівнем витрат матеріалу. При виготовленні деталей використовують дорогий екологічно шкідливий процес хімічного фрезерування. Крім цього, на Україні не освоєно випуск ошипованих листів і вони завозяться з закордону по високій вартості. Стійкий попит на дану продукцію з боку підприємств промисловості України змушує шукати альтернативні шляхи рішення цієї проблеми.

У даній роботі запропоновано для одержання ошипованих деталей з алюмінієвих сплавів використовувати засіб дугового наплавлення виступів із їх наступним формоутворенням. Метод розроблений у Державному аерокосмічному університеті ім. М. Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут", при особистій участі автора, був раніше застосований із високою ефективністю для виготовлення ошипованих листових деталей із титанових сплавів.

У дисертаційній роботі весь комплекс досліджень і розробок спрямований на рішення даної проблеми для алюмінієвих сплавів. Робота виконувалася за планом держбюджетних НДР Державного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут" (тема 104-39/95). Окремі частини роботи, спрямовані на впровадження нової технології у виробництво, виконувалися по держдоговірній темі з Харківським державним авіаційним промисловим підприємством (тема 104-3/93). Крім того, робота проводилася по узгоджених спільних планах і програмах з АНТК "Антонов.

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є розробка технології і технологічного оснащення для виготовлення ошипованних листових деталей з високоміцних алюмінієвих сплавів нанесенням крапкових виступів-шипів аргонодуговим наплавленням із наступним формоутворенням.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити таки задачі :

1. Дослідити процеси плавлення електрода, формування краплі розплавленого металу заданої маси і переносу її на деталі стосовно до алюмінієвих сплавів.

2. Дослідити процес наплавлення виступів заданої форми, розмірів і точності їх нанесення на листові деталі з термічно зміцнюваних алюмінієвих сплавів і встановити умови одержання якісного зварного з'єднання виступу з листовою заготівкою.

3. Вивчити особливості процесу формоутворення шипів різноманітної форми, розробити устрої й інструмент для їх формоутворення.

4. Дослідити характеристики ошипованих листових деталей, що визначають їх працездатність в елементах конструкції літака.

5. Розробити технологію й устаткування для виготовлення ошипованих листових деталей із термічно зміцнюваних сплавів із застосуванням дугового наплавлення, упровадити технологію й устаткування у виробництво і визначити показники економічної ефективності нової технології.

Методи дослідження. Для вирішення запропонованих задач в роботі використаний комплексний метод досліджень.

Для перевірки доскональності теоретичних досліджень, а також визначення закономірностей проводився широкий комплекс експериментальних досліджень. Експериментальні дослідження проводились, як з використанням розроблених пристроїв, так і з використанням стандартних контрольно-вимірювальних приладів. Службові характеристики отриманих заготовок та деталей вивчали засобами макро- та мікроструктурного аналізу, рентгенографії.

Визначення механічних характеристик деталей ( мікротвердість, циклічної довговічності, міцності, опору ковзності та інші ) виконувались з використанням сучастних універсальних засобів та додаткових спеціальних пристроїв і випробуючих стендів.

Теоретичні дослідження та обробка результатів експериментальних досліджень виконані з використанням комп'ютерної техніки.

Особистий внесок здобувача. У процесі виконання НДР по даній темі і підготування дисертаційної роботи особисто автором виконані :

1. Теоретичні й експериментальні дослідження процесів плавлення електрода і формування краплі розплавленого метала заданої маси і переносу її на виріб із алюмінієвих сплавів.

2. Теоретичні й експериментальні дослідження процесу наплавлення виступів заданої форми, розмірів і точності їх розміщення на деталі; визначення основних умов і режимів, що забезпечують відсутність тріщин і працездатність з'єднань; експериментальні дослідження процесу формоутворення шипів різноманітної форми.

3. Дослідження службових характеристик ошипованих деталей із високоміцних алюмінієвих сплавів із шипами різноманітної форми, тривкість з'єднання виступів з листовою заготівкою.

4. Основні технічні розробки і рішення по створенню експериментального устаткування, технології і технологічного оснащення для дослідного і серійного виробництва.

Наукова новизна. 1. Вперше здійснене виготовлення ошипованих листових деталей із термічно зміцнених алюмінієвих сплавів із застосуванням дугового дозованого наплавлення виступів із наступним формоутворенням шипів. Показано, що ошиповані листові деталі з термічно зміцнених алюмінієвих сплавів, отримані з застосуванням дугового наплавлення, задовольняють вимогам тривкості, циклічної довговічності, корозійної стійкості.

2. Вперше визначені умови одержання шипів високої якості на деталях із термічно зміцнених алюмінієвих сплавів. Встановлено, що для запобігання тріщиноутворення листових деталей із термічно зміцнених алюмінієвих сплавів глибина проплавлення не повинна перевищувати 50% товщини листової заготівки. При цьому для зниження теплового впливу на листову заготівку найбільше ефективним прийомом є формування виступу необхідної маси декількома краплями з періодом (2... .2,5) t_д, де t_д - час горіння зварювальної дуги при наплавленні попередньої краплі, якщо m_в>_рI_крt_кр.

3. Встановлено, що застосування пульсуючого зварювального струму частотою проходження імпульсів 150 Гц, підвищує стабільність розмірів зони з'єднання виступу з листовою заготівкою, а також форми і розмірів виступів. При цьому для електродів з алюмінієвих сплавів рекомендується щільність струму 20...25 А/м², що виключає некерований відрив крапель і забезпечує керований перенос.

4. Показано універсальність нового засобу одержання шипів різноманітної форми і різноманітного розташування їх на листовій заготівці. Вперше отримані шипи з пірамідальними виступами, що мають високі фрикційні характеристики.

Практична цінність роботи міститься : - у розробці і впровадженні у серійне виробництво літаків нової технології виготовлення ошипованих листових деталей з алюмінієвих термічно зміцнених сплавів дуговим дозованим наплавленням виступів із наступним формоутворенням шипів, що дозволяє знизити трудомісткість, витрати матеріалів, поліпшити умови праці й усунути екологічно шкідливий процес хімічного фрезерування;

- у розробці високоефективного дослідного і промислового устаткування для одержання ошипованих заготівок і деталей із шипами різноманітної форми.

- основні результати дисертаційної роботи впроваджені : на Харківському державному авіаційному промисловому підприємстві, як серійний технологічний процес виготовлення ошипованих листових деталей транспортних літаків типу Ан-72 і Ан-74; на АНТК “Антонов” для створення АНУ на конструкцію і технологію виготовлення ошипованих деталей АНУ (0500. 089. 000ТЧ);

- у навчальний процес на кафедрі 104 Державного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут".

Апробація роботи. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідалися і обговорювалися на науково-технічних семінарах професорсько-викладацького складу і співробітників НДЧ ХАІ (1981-1991); на III республіканській конференції "Сучасні методи наплавлення і наплавленні матеріали", Харків 1985р; на Всесоюзній науково-технічній конференції "Використання імпульсних джерел енергії в промисловості" Харків 1985 р.; на Всесоюзній науково-технічній конференції "Імпульсна обробка металів", Харків, 1990 р.; на Міжнародних конференціях "Нові технології в промисловості", Харків-Рибаче, 1993 р., 1996р., 1998 р.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано п`ятнадцять робіт, із них дванадцять статей і три авторські посвідчення.

Структура й обсяг дисертації. До складу дисертації входять вступ, шість розділів, висновки, список літератури і додатки.

Обсяг дисертації - 172 сторінок машинописного тексту, 63 малюнків, 10 таблиць, список літератури з 150 назви, додатків на 14 сторінках.

Основний зміст роботи

У першому розділі розглядаються існуючі засоби одержання ошипованих листових заготівок і деталей із крапковим рифленням із високоміцних алюмінієвих сплавів, як-от, одержання даних деталей постановкою штучних шипів-заклепок і прокатуванням у валеннях. У ході проведеного аналізу засобів, а також характеристик виробів, отриманих цими засобами, були виявлені їхні переваги і недоліки.

Оцінено переваги засобу дугового наплавлення шипів стосовно до алюмінієвих сплавів. У порівнянні з іншими засобами виготовлення ошипованих листових заготівок засіб наплавлення дозволяє підвищити коефіцієнт використання матеріалу до 90 % , одержувати листові панелі із шипами, що мають більш високі антифрикційні властивості. Процес виготовлення виступів по даному методу має високий рівень автоматизації.

Проте застосування методу наплавлення для виготовлення ошипованих деталей із високоміцних термічно зміцнюваних сплавів типу Д16АТ, В95 є істотною проблемою, тому що ці сплави чутливі до термічних циклів нагрівання, схильні до жолобкування, і як правило, не рекомендуються для виготовлення конструкцій із застосуванням зварювання плавленням. У зв`язку с чим сформовані вище наведені задачі.

У другому розділі розглянута сутність процесу наплавлення виступу, його основні чинники і параметри. Досліджено процес формування і примусового переносу крапель розплавленого метала на листову заготівку.

Процес дугового наплавлення виступу полягає в тому, що виступ заданої маси і форми одержують шляхом примусового переносу на виріб краплі рідкого металу, сформованої з відрізка електрода шляхом його оплавлення.

До основних чинників процесу наплавлення ставляться рід і полярність зварювального струму, метод переносу краплі, цикл наплавлення, матеріал електрода, рід захисного газу.

При цьому основними параметрами процесу є розмір зварювального струму Iд, час горіння дуги tд, розмір чергового струму Jдд, час затримки відриву краплі tз, параметри процесу переносу краплі, витрата захисного газу.

Розміри і форма виступу визначаються розмірами зони розплавлювання d_р, і масою виступу m_в. Ці параметри в основному визначають тривкість з'єднання шипа з листовою деталлю і висоту шипа, яка впливає на фрикційні властивості.

Були досліджені умови й особливості формування крапель розплавленого металу, вплив параметрів процесу наплавлення на масу краплі m_к.

На підставі проведених теоретичних і експериментальних досліджень установлено, що при дуговому наплавленні формування краплі заданої маси з відрізка електрода можливо тільки з застосуванням тепловідвідного масивного мундштука, при цьому маса краплі визначається тільки вильотом і діаметром електрода і практично не залежить від режимів наплавлення і дорівнює:

, де d_э , l_э

- діаметр і виліт електрода, _э - щільність матеріалу електрода.

З збільшенням I_д, середня швидкість плавлення електрода _пл збільшується, a час формування краплі t_ф зменшується.

З збільшенням d_э і зменшенням l_э швидкість плавлення _пл зменшується.

Експериментальним шляхом установлено, що для електрода з матеріалу АК-5 діаметром 2 мм середнє значення коефіцієнта розплавлювання _р складає 16,5 г/A_*ч, а _пл складає 2,8...3,2_*10^{-2 м}/_сек у діапазоні зварювальних токів 40-60 А.

Необхідну масу краплі можливо сформувати з застосуванням електродів різного діаметра. При цьому розмір d_э істотно впливає на процес формування краплі і процес наплавлення в цілому.

Параметрами оптимізації d_э були : точність дозування маси краплі, час перебування краплі заданої маси на електроді, точність нанесення краплі в зону розплавлювання. На підставі експериментальних досліджень встановлена область допустимих діаметрів електрода для необхідної маси виступу. Залежність d_э= приведена в роботі.

Дослідження теплового стану краплі показали, що її перегрів при наплавленні на рекомендованих режимах складає 400...700⁰ у діапазоні зварювальних токів 40...65 А.

Важливою характеристикою процесу наплавлення є метод переносу краплі на виріб. На основі проведеного аналізу встановлено, що найбільше прийнятим засобом переносу зформованої краплі є газодинамічний, при якому відрив краплі від електроду здійснюється потоком захисного газу підвищеної швидкості. У розділі описана газодинамічна система, її склад, а також розрахунок параметрів системи: надлишковий тиск у ресивері Р_р, обсяг ресивера V_р, діаметр вихідного каналу сопла d_с. Розрахунок і вибір параметрів газодинамічної системи і параметрів відриву краплі здійснювався за допомогою програми "Примусовий переніс", у якій розглядається здув краплі при витіканні газу з малогабаритного ресивера. Розрахунки дозволили зробити вибір раціональних параметрів процесу і газодинамічної системи.

Основним критерієм при оптимізації параметрів газодинамічної системи був коефіцієнт передачі енергії системи :

, де А_р

- енергія розширення газу; W_к - кінетична енергія краплі. Коефіцієнт передачі енергії системи на оптимальному режимі роботи склав 0,3_*10^-4, витрата газу на відрив однієї краплі складає 3,0...4,0 см³ при нормальному тиску, обсяг ресивера газодинамічної системи 8 см³.

Третій розділ присвячений дослідженню процесу створення шипів на листових деталях.

Експериментальними дослідженнями встановлено, що процес наплавлення доцільно вести з застосуванням пульсуючого струму зворотної полярності частотою 150 Гц. Застосування струму з такими характеристиками підвищило стабільність розмірів зони розплавлювання і, як слідство, форму, розміри і тривкість з'єднання виступу.

На основі експериментальних досліджень отримані залежності параметрів зони розплавлювання заготівки від параметрів режиму наплавлення для різноманітних товщин листової деталі .

У процесі аналізу отриманих результатів було встановлено, що утворення тріщин спостерігається при глибині проплавлення більш 50% товщини заготівки. Були визначені критичні режими наплавлення (струм І_кр, час t_кр) для кожної товщини листової деталі, a також діапазони зварювального струму I_д і часу наплавлення t_д . Верхні значення I_д і t_д обмежуються критичними режимами з погляду виникнення тріщин, a нижні - мінімально припустимою тривкістю з'єднання виступу з листовою деталлю. Для наплавлення виступів на листові деталі зі сплаву Д16АТ необхідно застосовувати такий струм:

I_д=46...52 А для =1 мм; I_д=46...52 А для =1,2 мм; I_д=46...52 А для =1,5 мм

У залежності від режимів наплавлення виступ має форму, близьку до кульового прошарку (К_ф<0,5), півсфері (К_ф0,5), усіченому шарі (К_ф>0,5).

Процес формування виступу необхідно здійснювати декількома краплями, якщо потрібна маса виступу _вpKpKp. При цьому час паузи між циклами повинен складати (2...2,5) t_д1, де t_д1,- час наплавлення попередньої краплі.

Процес формування виступу двома краплями здійснюється в автоматичному режимі з використанням регулятора циклу. Режими наплавлення першої краплі (висота h₁, діаметр d₁) вибираються з умови забезпечення необхідної тривкості з'єднання шипа з заготівкою, a режим наплавлення другої краплі (висота h₂, діаметр d₂) з умови забезпечення необхідної загальної висоти шипа h_в.

У даному розділі приведені також результати дослідження впливу часу затримки відриву краплі _з на форму і розміри виступів. Суть її полягає в тому, що після вимикання зварювальної дуги імпульс на відрив краплі подається через час t_з. Протягом цього часу при відсутності збурювальних впливів електричної дуги крапля заспокоюється і встановлюється уздовж осьової лінії. Застосування затримок значно підвищує точність нанесення краплі.

Експериментальними дослідженнями встановлено, що при наплавленні матеріалів з алюмінієвих сплавів необхідно застосовувати затримку відриву краплі з включеною малоамперною черговою дугою ( I_д.д.=20...25% I_д ), що знижує підстужування краплі і зони розплавлювання, характерне для алюмінієвих сплавів.

З наплавлених виступів шляхом формоутворення отримані шипи різноманітної форми: конічні, трапецієподібні, шипи з насічкою на верхній підставі, шипи циліндричні з пірамідальними виступами.

Дослідженнями встановлені енергетичні параметри процесу формоутворення : питомий тиск і зусилля формоутворення Р_п , зусилля обтиснення периферійної зони Р_о, вироблені рекомендації до форми виступів, вимоги до робочого інструмента.

За результатами досліджень установлено, що при всіх схемах формоутворення шипів обтиснення периферійної зони навколо шипа знижує деформацію листовой деталі. Зусилля зрізу шипа з АК-5 на заготівках із Д16АТ і В95 після формоутворення на 10...15% вище зусилля наплавленого виступу, завдяки зміцненню металу шипа і збільшенню площі з'єднання через деформування в радіальному напрямку.

Таким чином, за результатами досліджень встановлено, що раціональним вибором параметрів режиму наплавлення і формоутворення шипів, застосуванням спеціальних прийомів можливо одержання шипів на листових заготівках із термічно зміцнених алюмінієвих сплавів Д16АТ і В95.

Розділ четвертий присвячений дослідженню характеристик ошипованих заготівок і деталей, отриманих новим засобом. Дослідження виконувалися на основі комплексної програми, узгодженої з АНТК "Антонов", ХГАПП, ХАІ.

Дослідженнями встановлено, що деформації ошипованих деталей практично не відрізняються від деформацій листа в стані постачання. Тріщини в зоні постановки шипів відсутні при проплавленні листа в межах 17...50% для товщин заготівок 1,0...1,5 мм на рекомендованих режимах наплавлення для Д16АТ і В95.

Тривкість з'єднання шипа з листом лежить у межах 4000...5000 Н, що задовольняє технічним вимогам. Межа тривкості матеріалу листових деталей із наплавленими виступами на 7...8% нижче, чим основного матеріалу в стані постачання, а межі текучості однакові.

Ошиповані деталі мають високу загальну корозійну стійкість, завдяки зберіганню плазуючого прошарку після наплавлення і формоутворення.

Шипи з пірамідальними виступами на верхній підставі мають підвищені протиковзні властивості в порівнянні з конічними і сприяють більш упевненому переміщенню людей по похилих поверхнях із кутами нахилу до 20...30⁰.

За результатами комплексного дослідження й аналізу характеристик установлено, що ошиповані листові деталі з термічно зміцнених алюмінієвих сплавів, отримані з застосуванням дугового наплавлення і формоутворення, задовольняють вимогам, які пред'являються до настилів вантажних підлог транспортних літаків, у тому числі в герметичній зоні, що підтверджено іспитами на циклічну довговічність.

Розділ п'ятий. Отримані в ході дослідження результати і рекомендації явилися основою для створення технологічного оснащення для виготовлення ошипованих деталей.

При особистій участі автора розроблені експериментальна установка і промислове устаткування для наплавлення виступів, оснастка для формоутворення конічних шипів і шипів із пірамідальними виступами, а також розроблені рекомендації по вибору додаткового технологічного оснащення для забезпечення виробництва.

У даному розділі містяться описи конструкції, роботи, характеристик основних вузлів, агрегатів, систем, що входять до складу експериментальної і промислової установок, такі як : голівка для наплавлення, блока живлення зварювальної дуги й автоматичного управління (БЖУ), блока автоматичного управління (БАУ), пневматична і газодинамічна системи. Основним інструментом при дуговому наплавленні є голівка для наплавлення. Вона забезпечує подачу відрізка електрода в зону горіння дуги, збудження дуги коротким замиканням, примусовий відрив і переніс сформованої краплі на деталь. Розроблена голівка для наплавлення є газодинамічною, яка має пневматичний прилад подачі електрода і систему "м'якого" контактування, що усуває деформації електрода при збудженні дуги коротким замиканням.

БЖУ здійснює живлення зварювальної дуги пульсуючим струмом частотою 150 Гц і автоматичний цикл наплавлення виступу, забезпечує напруга холостого ходу 80 В і діапазон ефективних значень зварювального струму 10...150 А, при черговому струму 10...15 А.

Промислова установка виконана на базі верстата з ЧПУ типу ФП-7, що забезпечує автоматичне переміщення голівка для наплавлення й листової деталі відповідно до заданої програми. Для живлення зварювальної дуги застосоване модернізоване джерело живлення однополярними імпульсами частотою 150 Гц, яке виготовлене на базі промислового джерела типу ВСВУ-160.

Формоутворення виступів провадиться з застосуванням промислового клепального устаткування. Для виготовлення деталей літака Ан-72 і Ан-74 застосований клепальний прес КП-204 і розроблені спеціальні формоутворні устрої.

Розділ шостий присвячений розробці технології виготовлення ошипованих деталей наплавленням і формоутворенням.

Умови і режими наплавлення і формоутворення шипів, які приведені в розділах 2...5, явилися основою для підготування технологічних рекомендацій до розробки серійної технології виготовлення ошипованих деталей літаків Ан-72, Ан-74.

Технологічний процес містить операції, пов'язані з підготуванням листових деталей і електродного дроту до наплавлення, операції, пов'язані з наплавленням і формоутворенням, а також ряд контрольних операцій. Підготування містить у собі вирізку листових деталей по контурі, фрезерування пакета заготівок, правку електродного дроту, хімічне травлення поверхонь заготівок із метою видалення окисних плівок.

У відповідності із розробленою технологією спочатку провадиться наплавлення і формоутворення контрольних зразків, що передаються в ВТК і ЦЗЛ для визначення їхньої якості. Контролюються розміри і форма шипів, а також тривкість з'єднання їх з листовою деталлю. Контрольне наплавлення зразків провадиться при зміні товщини листових деталей, при заміні балонів захисного газу, бухти електродного дроту. Якщо зразки не задовольняють технічним вимогам, провадиться повторне наплавлення зразків. При цьому уточнюють режими наплавлення, формоутворення, хімічної обробки поверхні деталей.

Процес наплавлення містить у собі протирання заготівок від пилюки і забруднень, наплавлення виступів, усунення дефектів, контроль наплавленої деталі. При цьому контролюються розміри виступів, розташування їх на листовій деталі, стан плазуючого прошарку на зворотному боці деталі.

Процес формоутворення містить у собі змащення виступів, штампування, усунення дефектів, контроль ВТК ошипованої деталі. Контролюються форми і розміри шипів, деформації листової деталі.

Досвід промислового впровадження нової технології у виробництво показав її високу економічну ефективність. Вартість одного кілограма деталі, отриманої новим методом у 2...3 рази нижче вартості деталі, отриманої з прокату. Економія дорогого ошипованого прокату зі сплаву Д16АТ склала 210 кг на один літак. Річний економічний ефект склав 527 млн. крб. у цінах на 01.01 1994 р.

Загальні висновки

1. У дисертаційній роботі виконаний комплекс теоретичних і експериментальних досліджень і розробок, спрямованих на створення нової технології виготовлення ошипованих деталей із високоміцних термічно зміцнених алюмінієвих сплавів із застосуванням дугового дозованого наплавлення і формоутворення.

2. Досліджено процеси плавлення електрода і формування крапель рідкого металу з відрізка електрода сплаву АК-5. Встановлено, що стабільне формування краплі заданої маси з відрізка електрода можливо з застосуванням масивного тепловідвідного мундштука. При цьому маса краплі _k визначається діаметром і вильотом електрода, якщо маса краплі менше маси самовідриву. Процес плавлення електрода є несталим і протікає з постійним зниженням швидкості плавлення. З збільшенням зварювального струму, вильоту електрода і зменшенням діаметра електрода середня швидкість плавлення зростає. Середнє значення коефіцієнта розплавлювання електрода зі сплаву АК-5 у діапазоні зварювальних токів 40...65 А складає 16,5 г/А_*ч.

3. Проведено теоретичні й експериментальні дослідження з вивчення процесу керованого переносу крапель рідкого металу зі сплаву АК_5. Встановлено, що керований перенос можливий при щільності струму не більше 20...25 A/мм². Найбільше прийнятним засобом відриву крапель від електрода є газодинамічний. Він забезпечує надійність і стабільність процесу наплавлення в цілому. Визначено раціональні параметри газодинамічної системи : обсяг ресивера, діапазон необхідних тисків у ресивері, діаметр вихідного каналу сопла. Коефіцієнт передачі енергії системи на режимах роботи, що рекомендуються, складає 0,3_*10^-4.

4. Досліджено процес формування зони розплавлювання заготівки при наплавленні шипів. Встановлено, що зі збільшенням зварювального струму і часу наплавлення діаметр і глибина зони проплавлення зростають. При проплавленні листової деталі більше 50 % її товщини виникають тріщини і порушується плазуючий прошарок. Встановлено діапазони зварювальних струмів для наплавлення виступів на листові деталі з Д16Т товщиною 1.0 ,1.2 і 1.5 мм.

5. Для запобігання проплавлення деталей більше ніж 50% її товщини необхідно застосовувати тепловідвідні підкладки при надійному тепловому контакті між підкладкою й листовою деталлю. Наплавлення виступу необхідно здійснювати декількома краплями з періодом (2,0. .2,5) t_д, де t_д - час наплавлення попередньої краплі, якщо m_врI_крt_кр.

Встановлено, що для підвищення стабільності форми і розмірів зони розплавлювання необхідно застосовувати пульсуючий зварювальний струм частотою 150 Гц, а для підвищення точності нанесення краплі в зону розплавлювання - затримку відриву краплі від електрода.

6. Визначено схеми формоутворення шипів різноманітної форми й енергетичні параметри процесу штампування. Встановлено, що при всіх схемах штампування, обтиснення периферійної зони навколо шипа знижує деформацію листової деталі. Зусилля зрізу шипа зі сплаву АК-5 на заготівках із Д16АТ і В95 після штампування збільшується на 10...15 %.

7. Проведено комплексне дослідження основних характеристик ошипованих деталей. Встановлено, що отримані деталі задовольняють вимогам, запропонованих до деталей транспортних літаків. Шипи з пірамідальними виступами мають підвищені протиковзні властивості і сприяють впевненому переміщенню по похилій поверхні.

На базі проведених досліджень і розробок, при особистій участі автора, створені нова технологія і спеціальне устаткування для виготовлення ошипованих листових деталей із високоміцних алюмінієвих сплавів дуговим наплавленням і формоутворенням.

8. Впровадження нової технології у виробництво Харківського державного авіаційно-промислового підприємства дозволило знизити вартість виготовлення даних деталей, усунути екологічно шкідливий процес хімічного фрезерування. Економія ошипованого прокату з Д16АТ склала 210 кг на один літак. Річний економічний ефект склав 527 млн. крб у цінах на 1.01.1994 р.

Публікації

1. Тарасов Н. М., Рогачев Е. П., Капустин С. С. Получение наплавкой ошипованных листовых заготовок из алюминиевого сплава Д16АТ для настила пола самолетов /.Автоматическая сварка.-1995.-№2. -С.36-38,51

2. Тарасов Н. М., Рогачев Е. П., Гребенников А. В. Источник однополярных импульсов частотой 150 Гц и особенности дуговой сварки с его применением // Автоматическая сварка.-1997. - №6. - С.37-40

3. Тарасов Н. М., Варуха Н. А., Рогачев Е. П., Горлов А. К. Нанесение местных утолщений на листовые детали из титановых сплавов аргонодуговой дозированной наплавкой // Актуальные проблемы сварки цветных металлов. Киев. - Наукова думка - 1985. - С.227-228

4. Тарасов Н. М., Варуха Н. А., Рогачев Е. П., Горлов А. К. Дуговая наплавка титановых шипов // Автоматическая сварка. - 1987.-№9. - С.56-58

5. Е. П. Рогачев. Особенности аргонодуговой наплавки выступов на листовые заготовки из алюминиевых термически упрочняемых сплавов // Proceeding seven internatianal conference “New-leading-edge technologies in machine building”. Kharkov - Rybachie - 1998. С.40-45

6. Н. М. Тарасов, Е. П. Рогачев, Сивокозов В. С. Характеристики листовых заготовок из алюминиевого сплава Д16АТ с наплавленными шипами для настила пола самолетов // Proceeding second internatianal conference "New-leading-edge technologies in machine building". Kharkov - Rybachie - 1993. С.243-245

7. Н. М. Тарасов, Е. П. Рогачев, А. К. Горлов Циклическая долговечность листовых заготовок с шипами // Proceeding fifeth internatianal conference "New-leading-edge technologies in machine building". Kharkov - Rybachie - 1996. С.

8. Тарасов Н. М., Тулин В. М., Рогачев Е. П. Дозирование электродного металла импульсным газодинамическим потоком в технологических процессах образования соединений // Использование импульсных источников энергии в промышленности : сб. научных статей ХАИ Харьков. - 1995. - С.145

9. Тарасов Н. М., Рогачев Е. П., Жуков. А. М., Келеберда А. В. Формообразование наплавленных выступов-шипов на листовых заготовках из высокопрочных алюминиевых сплавов. // Авиационно-космическая техника и технология : сб. научных трудов ХАИ. Харьков.- 1998 -С.77-80.

10. Тарасов Н. М., Рогачев Е. П., Жуков. А. М. Исследование характеристик листовых заготовок из термически упрочняемых сплавов с наплавленными шипами для полов транспортных самолетов // Авиационно-космическая техника и технология : сб. научных трудов ХАИ. Харьков. - 1997 - С.40-42.

11. Тарасов Н. М., Рогачев Е. П., Жуков. А. М., Келеберда А. В. Аргонодуговая наплавка шипов на заготовки из алюминиевых сплавов Д16АТ и В95 // Авиационно-космическая техника и технология : сб. научных трудов ХАИ. Харьков. - 1996 - С.43-46.

12. Тарасов Н. М., Рогачев Е. П., Жуков. А. М., Келеберда А. В. Компьютерная система расчета и анализа параметров технологического процесса дуговой точечной наплавки с дозированным нанесением присадочного материала // Авиационно-космическая техника и технология : сб. научных трудов ХАИ. - Харьков. - 1998 - С.71-75.

13. Тарасов Н. М., Варуха Н. А., Рогачев Е. П., Горлов А. К. Автоматизация технологического процесса нанесения титановых шипов на настил грузового пола. // Прогрессивные технологические процессы, оборудование и инструмент : сб. научных трудов ХАИ. Харьков. - 1987 - С.114-119.

14. АС1058731 Горелка для электродуговой точечной сварки /Н. М. Тарасов, Н. А. Варуха, Б. А. Слесарев, Е. П. Рогачев, Н. И. Гурнов - Бюл.№ 45. - 1983

15. АС1171904 Устройство для импульсной подачи электродной проволоки / Тулин В. Н., Варуха Н. А., Рогачев Е. П., Капустин С. С., Жуков А. М. - Бюл. № 40. - 1990

16. АС1562085 Устройство для шаговой подачи электродной проволоки /Тулин В. Н., Варуха Н. А., Рогачев Е. П., Капустин С. С., Жуков А. М. - Бюл. № 17. - 1990.

Анотації

Рогачов Е. П. Розробка технології виготовлення листових ошипованих деталей літака з високоміцних алюмінієвих сплавів із застосуванням наплавлення. - Рукопис

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.07.04 - технологія виробництва літальних апаратів. Державний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського "Харківській авіаційний інститут", Харків 2000.

Дисертація присвячена створенню високоефективної технології виготовлення листових ошипованих деталей із сплавів Д16АТ і В95 із застосуванням дугового наплавлення і формоутворення виступів.

Плавлення електрода зі сплаву АК-5 і формування крапель заданої маси здійснюється з застосуванням тепловідвідного мундштука. Для переносу крапель використовується газодинамічний засіб.

Визначено умови і режими наплавлення, при яких у деталях відсутні тріщиноутворення. Формоутворенням отримані шипи різноманітної форми: конічні, трапецієподібні, із насічкою, із пірамідальними виступами. Вивчено механічні і корозійні характеристики з'єднань.

Розроблено технологію виготовлення ошипованих деталей, експериментальне і промислове устаткування. Наплавлення виступів провадиться в автоматичному режимі по заданій програмі.

Нова технологія застосована в серійному виробництві літаків Ан-72, Ан-74 для виготовлення настилу вантажних підлог і рампи. Знизилися вартість виготовлення ошипованих деталей, витрата матеріалів, підвищився рівень автоматизації.

Ключові слова: літак, алюмінієві сплави, виступ, наплавлення, крапля, формоутворення, шип, технологія, устаткування.

Рогачев Е. П. Разработка технологии изготовления листовых ошипованных деталей самолета из высокопрочных алюминиевых сплавов с применением наплавки. - Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.07.04 - технология производства летательных аппаратов. Государственный аэрокосмический университет им. Н. Е. Жуковского "Харьковский авиационный институт" Харьков, 2000.

Диссертация посвящена созданию новой технологии изготовления ошипованных листовых деталей из высокопрочных термически упрочняемых алюминиевых сплавов Д16Т и В95 с применением аргонодуговой дозированной точечной наплавки выступов и формообразования шипов. Детали такого типа применяются для повышения фрикционных характеристик грузовых полов самолета, рамп, пандусов, палуб кораблей и т. д.

При исследовании процессов плавления электрода установлено, что для формирования капли заданной массы из отрезка электрода необходимо применять массивные теплоотводящие мундштуки, при этом, применительно к алюминиевым сплавам, плотность тока в электроде не должна превышать 20...25 А/мм², а масса капли не должна превышать массу самоотрыва от электрода. При таких условиях обеспечивается управляемый перенос капли на изделие. Для отрыва капли от электрода наиболее приемлемым способом является газодинамический, который обеспечивает стабильность процесса наплавки в целом. Коэффициент расплавления электрода составляет 16,5 г/А_*ч для сплава АК-5.

Исследование процессов формирования выступов показало, что размеры и форма выступов зависит от размеров зоны расплавления и массы капли. В связи с этим рассматривалось влияние параметров режима наплавки на форму и размеры зоны расплавления. По результатам этих исследований было установлено, что с увеличением сварочного тока диаметр и глубина зоны расплавления увеличиваются, причем при проплавлении листовой детали более 50 % её толщины наблюдается нарушение плакирующего слоя и образования трещин в зоне расплавления. На основании этого определены диапазоны режимов наплавки выступов на листовые детали толщиной 1.0, 1.2, 1.5 мм из сплава Д16АТ. Кроме того, было установлено, что если заданную массу выступа невозможно наплавить на допустимых режимах одной каплей, выступ должен формироваться несколькими каплями.

По результатам исследований формообразования шипов было установлено, что из наплавленных выступов можно получить шипы различной формы: конические, трапециевидные, с насечкой и пирамидальными выступами. При всех схемах штамповки с целью снижения деформаций листовой заготовки, необходимо применять обжатие периферийной зоны. ошипований алюмінієвий сплав електрод

Изучение характеристик полученных деталей, показало, что они удовлетворяют требованиям, предъявляемых к деталям данного типа.

При непосредственном участии автора были созданы опытная и промышленные установки для наплавки выступов. Промышленная установка выполнена на базе станков с ЧПУ и позволяет в автоматическом режиме производить наплавку выступов на листовые детали в соответствии с заданной программой. Формообразование шипов производится также с применением промышленного оборудования и специальной оснастки.

Новая технология применена в серийном производстве самолётов Ан-72, Ан-74 для изготовления настила грузового пола и рампы. Снизились стоимость изготовления ошипованных деталей, расход материалов, повысился уровень автоматизации.

Ключевые слова: самолёт, алюминиевые сплавы, выступ, наплавка, капля, формообразование, шип, технология, оборудование.

Rogachov E. P. The development of the fabrication methods of the the sheet tenoned aircraft parts of high-strength aluminint alloys with using surfacing. - Мanuscript.

The thesis on the competition of the candidate`s degree of technical sciences on 05.07.04 speciality - aircraft production technology. The state aerospace University named after N. E. Zhukosky “Kharkiv aviation Institute”, Kharkov, 2000.

The thesis is dedicated tj the creation of the high-effective fabrication methods of the sheet tenoned parts of the D16AT and B95 alloys with using arc surfacing and shaping the tenons.

Electrode fusion of the AK-5 alloy and shaping the drops of prescribed mass is performed with using the heat removing tip. The gas dynamic method is used for transferring drops.

Surfacing condition and modis are determined at which crackforming is absent in the parts. The tenons of different share are obtained by means of shaping : conic, trapegoidal, with a cut, pyramidal tenons. Machanical and corrosive characterstics of joints have been studied.

The fabrication methods of tenoned parts, experimental and industrial equipment have been developed. Surfacing the projections is performed in automatic mode according to the prescribed program.

The new methods have been applied in series production of the An-72, An_74 aircraft for manufacturing the cargo flooring and ramp. The cost of manufacturing tenoned parts, expendable materials has been cut and the automation level has been raised.

Key words : aircraft, aluminium alloys, tenons, surfacing, drop, shaping, methods, equipment.



Підписаний до друку 12.09.2000 р. Формат 60х90 1/16.

Об`єм 1,375 д. п. Заказ 131 Тираж 100

Друк офсетний. Типографія ХАІ.

61070 Харків, вул.Чкалова, 17

Размещено на Allbest.ru