Сборник тезисов докладов X Международной молодежной научной конференции
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ИНТЕГРАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ ТОНКОСТЕННЫХ ЯЧЕИСТЫХ КОНФТРУКЦИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭФФЕКТА СВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ
Малиновский Д.Г.
РФЯЦ-ВНИИТФ
В результате проведенных РФЯЦ – ВНИИТФ совместно с ИПСМ РАН (Институт проблем сверхпластичноти металлов, г. Уфа) работ выполнены исследования возможности изготовления многослойных цилиндрических оболочек и сложнопрофильных ячеистых панелей с использованием интегральной технологии сверхпластической формовки в сочетании с диффузионной сваркой. Эти работы показали перспективность технологии, поскольку она обеспечивает гибкость проектирования и изготовления сложных конструкций с экономией по массе до 30% при снижении стоимости изготовления приблизительно на 50% по сравнению с традиционными методами. Основные преимущества использования сверхпластичности в технологии получения изделий связаны с резким увеличением ресурса пластичности материалов и с возможностью резкого снижения усилий при деформации. При этом снижаются мощность деформирующего оборудования, нагрузка на инструмент, его износ.
Технология газовой формовки в условиях сверхпластичности позволяет изготавливать элементы аэробаллистических корпусов летательных аппаратов, ячеистых теплообменников и другие сложнопрофильные многослойные конструкции [1, 2].
Для успешного внедрения в производство и для реализации такой возможности технологии как гибкость проектирования разработан интегральный метод проектирования – процесс создания тонкостенных ячеистых конструкций, основанный на технологии газовой формовки в условиях сверхпластичности в сочетании с диффузионной сваркой, включающий в себя все этапы от идеи до изготовления конструкции. Интегральный метод проектирования с использованием программных комплексов трехмерного моделирования и прочностного расчета позволяет проектировать принципиально новые сложнопрофильные многослойные ячеистые конструкции, обладающие повышенными прочностными свойствами, перейти от технологии сборки конструкций из множества отдельных деталей к изготовлению единой интегрированной детали, уменьшить количество необходимого для изготовления инструмента и оснастки.
Рисунок. Схема алгоритма разработки конструкции с использованием интегрального метода проектирования.
Рисунок (продолжение). Схема алгоритма разработки конструкции с использованием интегрального метода проектирования.
Разработка и успешное опробование технологических процессов газовой формовки полых изделий из листа сверхпластичного титанового сплава ВТ6С и ВТ14 позволили составить рекомендации по проектированию ячеистых конструкций в состоянии сверхпластичности, конструированию оснастки и выбору параметров формовки.
На рисунке 1 представлен алгоритм применения интегрального метода проектирования при разработке тонкостенных ячеистых конструкций, созданию типового технологического процесса обработки металлов давлением в состоянии сверхпластичности и мероприятий по внедрению процесса в производство.
Алгоритм включает максимально возможный объем работы. Некоторые из этапов в конкретных случаях могут отпасть, так как в распоряжении разработчика технологии будут иметься необходимые исходные данные. Другие задачи, наоборот, пока невыполнимы в должном объеме из-за недостатка знаний и опыта, поэтому их решают обычно методом проб и ошибок. Однако в целом представленный на этой схеме алгоритм создания тонкостенных ячеистых конструкций отвечает сегодняшнему состоянию проблемы и поставленной задаче.
Для успешной реализации этого алгоритма в широких промышленных масштабах необходимо продолжать разработку фундаментальных проблем, систематически обобщать и изучать отечественный и зарубежный опыт промышленного использования состояния сверхпластичности в процессах обработки металлов и, наконец, опираясь на успехи теоретических исследований и практические достижения, решать принципиальные вопросы технологии, среди которых наиболее актуальное значение имеют следующие:
• разработка принципов применения различных промышленных материалов в условиях сверхпластичности;
• дальнейшее совершенствование принципов управления течением сверхпластичного материала в очаге деформации для получения заданного уровня свойств и других показателей качества продукции;
• разработка методики поддержания и контроля оптимальных температурно-скоростных режимов деформации, энергосиловых параметров процесса;
• разработка алгоритма выбора необходимого технологического оборудования, соответствующих наивысшим уровням эффективности производства и качества продукции;
• разработка алгоритма расчета и проектирования инструмента, включающей выбор материала инструмента, проектирование систем нагрева рабочей зоны для обеспечения заданного температурного режима деформирования, конструирование формы инструмента;
• совершенствование алгоритмов анализа технико-экономической эффективности новой технологии.
Реализация алгоритма в процессе проектирования и изготовления сложнопрофильных тонкостенных ячеистых конструкций позволит:
• проектировать и изготавливать принципиально новые сложнопрофильные ячеистые конструкции, обладающие повышенными прочностными свойствами;
• автоматизировать процесс проектирования и изготовления инструмента (штамповочных матриц);
• повысить качество проектирования и при этом минимизировать количество ошибок.
Литература
1. Сборник докладов конференции студентов ВУЗов Урала «Молодежь и будущее атомной промышленности России» Доклад «Применение технологии сверхпластической формовки и диффузионной сварки для изготовления сложнопрофильных многослойных конструкций». – Снежинск.: СГФТА.
2. Сборник докладов конференции Полярное сияние 2006. Доклад «Технология сверхпластической формовки и диффузионной сварки для изготовления ячеистых теплообменников и их диагностика».