Анализ, приведенных в данном параграфе работ, показывает, что при определении технологических параметров взрывного способа формообразования деталей из трубчатых заготовок на основе рассмотрения динамики и напряженно-деформированного состояния заготовки-детали можно применить наиболее мощный метод численного анализа – метод конечных элементов, который требует своего дальнейшего развития применительно к рассматриваемому классу задач.
НОМЕНКЛАТУРА ТРУБЧАТЫХ ДЕТАЛЕЙ ГТД
В конструкциях современных газотурбинных двигателей, особенно большого ресурса, широкое применение получили детали из листовых и трубчатых заготовок, изготавливаемые из высокопрочных нержавеющих и титановых сплавов [64].
На рисунке 14 изображен схематический разрез газотурбинного двигателя семейства НК-8, используемого для самолетов Ту-154, Ил-62 и Ил-86.
Рассмотрим номенклатуру двух наиболее распространенных групп деталей, занимающих до 15% от трудоемкости изготовления всего двигателя: трубчатые соединения (рис. 14-а) и трубчатые детали, получаемые из листовых заготовок (рис. 14-б).
Рис. 14. Схематический разрез газотурбинного двигателя семейства НК-8:
а - трубчатые соединения;
б - трубчатые детали, получаемые из листовых заготовок.
В двигателях семейства НК-8 находят широкое применение трубчатые ниппельные соединения со сферической и конусной развальцовкой, телескопические и другие (рис.15).
В этих типах соединений, как правило, имеется элемент, содержащий местные кольцевые выпуклости-зиги или развальцовку по форме сферы или конуса.
Рис. 15. Ниппельные соединения.
На рисунке 16 изображено ниппельное соединение трубопроводов. Герметичность в этой схеме обеспечивается за счет упругого контакта наружной поверхностью ниппеля 2 с ответной внутренней конической поверхностью штуцера 4. При этом необходимо обеспечивать плотное прилегание трубы 1 к поверхности ниппеля 2, часть которой является поверхностью сферы. Плотное прилегание трубы к ниппелю достигается ее раздачей без деформации самого ниппеля.
Рис. 16. Ниппельное соединение трубопроводов со сферической развальцовкой в конструкциях двигателей летательных аппаратов.
На рисунке 17 показана схема соединения трубопроводов с конусной развальцовкой. Соединение развальцованной на конус трубы 1 со штуцером 4 выполняется при затягивании гайки 3 через ниппель 2.
Рис. 17. Соединение трубопроводов с конусной развальцовкой.
Телескопическое соединение трубопроводов 1 и 2 (рис. 18) осуществляется с помощью гаек 4, переходника 3 и уплотнительных колец 5.
Рис. 18. Телескопическое соединение трубопроводов.
Изготовление и монтаж трубопроводов, их соединения выполняются на Казанском моторостроительном производственном объединении по ТУ 01.251. Номенклатура законцовок трубопроводов КМПО представлена в таблице 1. Из нее видно, что операция конусной развальцовки концов трубопроводов является наиболее часто применяемой операцией при изготовлении разъемных ниппельных соединений трубопроводных систем двигателей летательных аппаратов.
Процесс образования конической части трубы осуществляется роликовым инструментом на станке TP1-3M, что обуславливает низкое качество получаемых деталей и высокий процент брака (до 15%) из-за остающихся следов контакта жесткого инструмента с трубой и появления трещин от действия локальных нагрузок. Кроме того, наиболее часто встречающимися общими недостатками в конусной развальцовке трубопроводов являются следующие: образование острого угла в месте перехода цилиндрической части трубы в коническую, утонение на кромке конуса до 30%, невозможность обработки высокопрочных материалов, появление трещин в районе максимального диаметра конуса.
Таблица 1
Наименование
операции
Размер трубы, мм
Кол-во законцовок по изделиям, шт.
Материал
ТВУ
М
ТМ (рем)
Сферическая
развальцовка
Конусная
развальцовка
Зиговка
16х0,8
22х0,8
27х0,8
34х0,8
8х0,6
12х0,6
16х0,8
22х0,8
16х0,8
22х0,8
27х0,8
34х0,8
1
24
2
2
64
18
23
5
-
1
-
2
-
38
8
5
119
37
32
2
4
-
1
1
1
20
1
2
68
28
14
-
2
-
-
2
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н10Т
Операция сферической развальцовки осуществляется в специальной оснастке за счет выдавливания сферы с помощью резинового пуансона. Процесс формообразования является трудоемким, включает значительное количество ручных работ при работе с оснасткой. Усиление формообразования, создаваемое прессов модели П-37, приводит к частой смене резиновых пуансонов и не всегда обеспечивает требуемое качество готовых деталей. Использование эластичного пуансона дает большой процент недоштамповки по внутренней поверхности ниппеля, быстрый износ эластичного материала, затрудненный съем его из трубы после штамповки.
Операция зиговки труб диаметром более 18 мм осуществляется на роликовом станке модели Д-7690-75-00-000, изготовленном в объединении, а зиговка труб диаметром 16 мм и менее осуществляется вручную.
Процессу роликовой обкатки присущи следующие недостатки: появление утонения (до 40%) на стенках зигов, получение недеформированного зига, нечеткое оформление радиусов перехода, эллипсность трубы и появление трещин в районе максимальной раздачи.
Как видно из вышеизложенного наиболее распространенные методы развальцовки на конус, сферической развальцовки и зиговки обладают существенными недостатками и ограниченными возможностями. Это вызывает необходимость изыскания новых методов изготовления законцовок труб и разработки соответствующего оборудования, обеспечивающих более высокое качество получаемых деталей, простоту применяемого оборудования и инструмента, возможность формообразования труднодеформируемых материалов, экономичность процесса.
Формообразование трубчатых деталей из листовых заготовок по существующим технологическим процессам также является трудоемкой операцией с применением значительной доли ручных доводочных работ.
Так, трубчатая деталь «переходник» (рис. 19-а) из листовой стали Х18Н10Т толщиной 1 мм по прежней технологии штамповалась на гидравлическом прессе в приспособлении с разжимным пуансоном в 2-3 приема. Недостатком такого способа является неравномерность деформации заготовки по периметру при растяжении на пуансоне и значительная огранка, которая только частично уменьшается при увеличении количества приемов формообразования. Это являлось причиной частого брака и некачественной сборки со стыкуемой деталью.
Детали типа «патрубок» (рис. 19-б, в, г) из материала BT1-0 толщиной 1,2-1,5 мм изготовлялись из двух половинок, предварительно отформованных в штампе с ручной подгонкой и сваркой этих половинок. Недостатком такой технологии является большая трудоемкость и нерациональный расход листового материала.
Изготовление детали «кожух» (рис. 19-д) из материала ЭИ-696А толщиной 1,5 мм по прежней технологии включало гибку в цилиндр и последующую сварку стыкового шва, а также выколачивание вручную двух бобышек и образование 14 отверстий с отбортовками.
Деталь типа «цилиндр» (рис. 19-е) из листовой стали Х18Н10Т толщиной 1,5 мм изготовлялась ручной слесарной обработкой, требующей значительной подгонки при сборке в узле по отбортовке и срезу.
Деталь «середина бака» (рис. 19-ж) из материала BT1-0 толщиной 1 мм изготовлялась по прежней технологии путем сворачивания листа в цилиндр и сварки, ручной выколотки четырех круглых площадок и формообразованием кольцевого рифта.
Указанные недостатки существующих технологических процессов получения трубчатых деталей из высокопрочных труднодеформируемых материалов определили задачи создания новых технологических процессов и оборудования, которые бы позволили значительно уменьшить долю ручных доводочных работ, уменьшить количество переходов и обеспечили более высокое качество изготовления деталей, поскольку система показателей качества, принятая при производстве авиационных газотурбинных двигателей имеет взаимосвязь с критериями эффективности в эксплуатации этих двигателей [143].
Рис. 19. Трубчатые детали:
а - «переходник»; б, в, г – «патрубок»;
д – «кожух»; е – «цилиндр»; ж – «середина бака.
Рис. 20. Схема высокоскоростного молота взрывного действия [141,145, 155÷160]:
1 - заряд пороха; 2 – станина; 3 – силовая рама; 4 – амортизаторы; 5 – основание силовой рамы; 6 – переходные конуса; 7 – сменные матрицы; 8 – ствол; 9 – шток; 10 – снаряд-боек; 11 – гайка; 12 – гидромеханический замок; 13 – гидроцилиндры; 14 – взрывная камера;
