научная статья по теме ФОРМОВКА ДЕТАЛЕЙ ТИПА «ТРОЙНИК» С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОВМЕЩЕННОГО ПРОЦЕССА ПНЕВМОТЕРМИЧЕСКОЙ ФОРМОВКИ В РЕЖИМЕ СВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ И ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ Металлургия

Текст научной статьи на тему «ФОРМОВКА ДЕТАЛЕЙ ТИПА «ТРОЙНИК» С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОВМЕЩЕННОГО ПРОЦЕССА ПНЕВМОТЕРМИЧЕСКОЙ ФОРМОВКИ В РЕЖИМЕ СВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ И ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ»

Уважаемые читатели!

Представительство всемирно известного разработчика программного обеспечения для компьютерного моделирования ESI Group (Франция) предлагает Вашему вниманию комплекс статей, которым и продолжает рубрику, открытую на страницах журнала «Металлург» нашим партнером в России - Группой компаний «ПЛМ Урал» - «Делкам-Урал».

Серия статей будет посвящена математическому моделированию технологических процессов в условиях современных промышленных предприятий.

В этих статьях мы рассмотрим примеры применения программных продуктов ESI Group для решения промышленных задач в области листовой штамповки, включая эластоформование и сверхпластичную деформацию; процессов литья, сварки и термической обработки металлов.

Мы надеемся, что приведенный в статьях материал позволит раскрыть потенциал математического моделирования для решения прикладных промышленных задач и покажет на практических примерах, что данные программные продукты являются эффективным инструментом сокращения временных и финансовых затрат при производстве продукции.

УДК 621.7.04

ФОРМОВКА ДЕТАЛЕЙ ТИПА «ТРОЙНИК» С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОВМЕЩЕННОГО ПРОЦЕССА ПНЕВМОТЕРМИЧЕСКОЙ ФОРМОВКИ В РЕЖИМЕ СВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ И ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ

© Чеславская Агния Альбертовна; Мироненко Владимир Витальевич; Берсенев Семен Александрович

ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет». Россия, г. Иркутск. Котов Вячеслав Валерьевич, канд. техн. наук

Исполнительный директор Представительства компании ESI Group в Российской Федерации,

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина». Россия, г. Екатеринбург. E-mail: viacheslav.kotov@esi-group.com

Статья получена 03.12.2012 г.

Описан альтернативный метод изготовления детали типа «тройник». Приведены основные этапы совмещённого процесса пневмо-термической формовки в режиме сверхпластичности с применением диффузионной сварки. Смоделирован процесс пневмотермиче-ской формовки в режиме сверхпластичности, следующий после диффузионной сварки детали типа «тройник» и показаны результаты расчета.

Ключевые слова: пневмотермическая формовка листовых деталей; эффект сверхпластичности; трубные детали из листов.

В трубопроводных системах самолета для разд еления потоков газа или жидкости на два или соединения их в один широко распространены детали типа «тройник» (рис. 1).

Для изготовления такой детали необходимо разделение трубы с отбортовками на две симметричные половины, формообразование которых осуществляется на падающих молотах или в жестких штампах с последующей сваркой. Такой традиционный технологический процесс изготовления деталей типа «тройник» имеет ряд существенных недостатков:

- повышенный расход материала на технологические припуски;

- большая трудоемкость доводочных работ как при штамповке частей трубы с отбортовками,

£ так и при их сварке;

< - использование нескольких типов оборудо-

г вания.

В представленной работе рассмотрен альтернативный способ изготовления деталей такого типа, позволяющий решить эти проблемы, - совмещенный процесс пневмотермической формовки в режиме сверхпластичности с применением диффузионной сварки. Деталь изготавливается из двух листов, как и в традиционном варианте, но в этом способе используется диффузионная сварка, а для получения требуемой формы - формовка в режиме сверхпластичности.

Предварительно на подготовленные заготовки по трафарету наносится антисварочное покрытие на места, не подлежащие сварке, т.е. места будущего канала «тройника». Затем сложенный пакет заготовок помещают в разогретую оснастку для диффузионной сварки и сверхпластичного формования; создается давление и выдерживается необходимое для сварки время.

Рис.

После завершения сварки оснастку вместе с пакетом заготовок дополнительно нагревают до температуры сверхпластичности, и в образовавшейся полости создается давление, необходимое для обеспечения пневмотермиче-ской формовки в состоянии сверхпластичности.

Для этого необходимо создание определенных температурных условий, зависящих от материала детали и давления, изменяющегося по ходу процесса для обеспечения постоянства скорости деформации. Необходимые параметры и характер их изменения по ходу процесса определяются в результате математического моделирования.

В качестве примера рассмотрен процесс математического моделирования изготовления детали данного типа из двух листов титанового сплава ВТ20 толщиной 3 мм. Диаметры трубных частей детали (см. рис. 1) для моделирования составляют: центральный - 30 мм, правого отвода - 26 мм, левого отвода - 28 мм.

На две заготовки наносится антисварочное покрытие (рис. 2, показано красным цветом).

Далее заготовки складываются поверхностями с антисварочным покрытием друг к другу и свариваются по торцам электродуговой сваркой. Затем пакет помещают в оснастку в прессе для пневмотермической формовки в режиме сверхпластичности, где и происходит диффузионная сварка в зонах без покрытия при температуре 910°С и давлении сжатия 10 атм (см. рис. 2, зона диффузионной сварки показана голубым цветом).

Для определения параметров последующей формовки в режиме сверхпластичности процесс смоделирован в программном комплексе PAM-STAMP 2G французской фирмы ESI Group. При моделировании использовали упрощенную модель поведения материала в режиме сверхпластичности*

а = K гт,

где K - коэффициент пропорциональности; г -скорость деформации; т - модуль скоростного упрочнения; а - напряжение.

Для задания модели материала ВТ20 в программном комплексе использовали следующие параметры:

- модуль Юнга - 112 ГПа;

- коэффициент Пуассона - 0,333;

1. Деталь типа Рис. 2. Область нанесения антисварочного

«тройник» покрытия

0

500

1000

1500 Время, с

2000

2500

3000

Рис. 3. График зависимости давления от времени, полученный по результатам моделирования

- плотность - 4,5-10-6 кг/мм3;

- коэффициент пропорциональности -0,597488 ГПа;

- скорость деформации - 0,0016**;

- модуль скоростного упрочнения - 0,42**.

Формообразование производится только за

счет утонения заготовки. Поведение материала в области перехода от места, где прошла диффузионная сварка, к месту с антисварочным покрытием, учтено путем сшивки узлов элементов в этой области. Поведение торцевых частей заготовки, где будет происходить формообразование, учтено в модели запретом движения торцов по нормали к направлению торцов.

В результате моделирования процесса формовки исследуемой детали был получен график зависимости давления от времени, обеспечивающей постоянство скорости деформации при максимальном давлении 25 МПа и времени формовки - 2818 с (рис. 3).

В результате моделирования процесса формовки видно, что оба листа формуются симметрично, и за одну операцию получается цельная деталь (рис. 4).

После обрезки припусков получается готовая цельная деталь, которая максимально повторяет геометрию оснастки, т.е. не требуется доводка детали как после формовки, так и после сварки.

*Чумаченко Е.Н., Смирнов О.М., Цепин М.А. Сверхпластичность: материалы, теория, технологии. М.: Ком Книга, 2005. 320 с.

"Смирнов О.М. Обработка металлов давлением в состоянии сверхпластичности. М.: Машиностроение, 1979. 184 с.

Время - 0 с; толщина: максимальная - 6 мм; минимальная - 3 мм

Время - 200 с; толщина: максимальная - 5,99 мм; минимальная - 2,65 мм

Время - 550 с; толщина: максимальная - 5,99 мм; Время - 1000 с; толщина: максимальная - 6 мм; минимальная - 1,93 мм минимальная - 1,18 мм

Время -

1550 с; толщина: максимальная -минимальная - 0,77 мм

Рис. 4. Последовательность формообразования

Толщина: максимальная - 3,54 мм; минимальная - 0,44 мм Рис. 5. Распределение толщин на детали

На рис. 5 показано р аспр ед еление толщин на детали, получившейся в результате моделирования.

Моделирование процесса формовки показало, что благодаря использованию совмещенного процесса пневмотерми-ческой формовки в режиме сверхпластичности с применением диффузионной сварки можно избежать ряда проблем при изготовлении детали «тройник», таких как:

• большое число доводочных работ. При использовании рассматриваемого метода деталь получается заданных размеров, без поводок, связанных с электродуговой сваркой и формовкой частей трубы с отбор-товками;

• при пневмотермической формовке в режиме сверхпластичности пружинение не проявляется;

• использование нескольких типов оборудования. В данном случае все операции по диффузионной сварке и пневмотермической формовке в режиме сверхпластичности проводятся на одном оборудовании.

5,99 мм; Время - 2818 с; толщина: максимальная - 5,99 мм;

минимальная - 0,44 мм

FORMING OF "TEE"-PARTS USING COMBINED PROCESS OF PNEUMATIC-THERMAL FORMING BY MODE OF SUPER-PLASTICITY AND DIFFUSION WELDING

S ©Cheslavskaya A.A.; Mironenko V.V.; Bersenev S.A.; Kotov V.V., PhD

IN

¡7 The alternative method of manufacturing of a detail of type the tee-joint is presented. The basic stages of the combined

process pneumothermal forming in a regime of superplasticity with diffusion welding application are presented. Process pneumothermal forming in a superplasticity regime following after diffusion welding of a detail of type the tee-joint is

S simulated and results of calculation are shown.

k Keywords: pneumothermal forming sheet details; effect of superplasticity; trumpet details from sheets.

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Металлургия»