Полухин николай валерьевич биография. Повышение производительности и точности деформационного регулирования геометрических параметров космических антенн. Общая характеристика работы

21.04.2024

Чтобы сузить результаты поисковой выдачи, можно уточнить запрос, указав поля, по которым производить поиск. Список полей представлен выше. Например:

Можно искать по нескольким полям одновременно:

Логически операторы

По умолчанию используется оператор AND .
Оператор AND означает, что документ должен соответствовать всем элементам в группе:

исследование разработка

Оператор OR означает, что документ должен соответствовать одному из значений в группе:

исследование OR разработка

Оператор NOT исключает документы, содержащие данный элемент:

исследование NOT разработка

Тип поиска

При написании запроса можно указывать способ, по которому фраза будет искаться. Поддерживается четыре метода: поиск с учетом морфологии, без морфологии, поиск префикса, поиск фразы.
По-умолчанию, поиск производится с учетом морфологии.
Для поиска без морфологии, перед словами в фразе достаточно поставить знак "доллар":

$ исследование $ развития

Для поиска префикса нужно поставить звездочку после запроса:

исследование*

Для поиска фразы нужно заключить запрос в двойные кавычки:

" исследование и разработка"

Поиск по синонимам

Для включения в результаты поиска синонимов слова нужно поставить решётку "# " перед словом или перед выражением в скобках.
В применении к одному слову для него будет найдено до трёх синонимов.
В применении к выражению в скобках к каждому слову будет добавлен синоним, если он был найден.
Не сочетается с поиском без морфологии, поиском по префиксу или поиском по фразе.

# исследование

Группировка

Для того, чтобы сгруппировать поисковые фразы нужно использовать скобки. Это позволяет управлять булевой логикой запроса.
Например, нужно составить запрос: найти документы у которых автор Иванов или Петров, и заглавие содержит слова исследование или разработка:

Приблизительный поиск слова

Для приблизительного поиска нужно поставить тильду "~ " в конце слова из фразы. Например:

бром~

При поиске будут найдены такие слова, как "бром", "ром", "пром" и т.д.
Можно дополнительно указать максимальное количество возможных правок: 0, 1 или 2. Например:

бром~1

По умолчанию допускается 2 правки.

Критерий близости

Для поиска по критерию близости, нужно поставить тильду "~ " в конце фразы. Например, для того, чтобы найти документы со словами исследование и разработка в пределах 2 слов, используйте следующий запрос:

" исследование разработка"~2

Релевантность выражений

Для изменения релевантности отдельных выражений в поиске используйте знак "^ " в конце выражения, после чего укажите уровень релевантности этого выражения по отношению к остальным.
Чем выше уровень, тем более релевантно данное выражение.
Например, в данном выражении слово "исследование" в четыре раза релевантнее слова "разработка":

исследование^4 разработка

По умолчанию, уровень равен 1. Допустимые значения - положительное вещественное число.

Поиск в интервале

Для указания интервала, в котором должно находиться значение какого-то поля, следует указать в скобках граничные значения, разделенные оператором TO .
Будет произведена лексикографическая сортировка.

Такой запрос вернёт результаты с автором, начиная от Иванова и заканчивая Петровым, но Иванов и Петров не будут включены в результат.
Для того, чтобы включить значение в интервал, используйте квадратные скобки. Для исключения значения используйте фигурные скобки.

На правах рукописи
УДК 629.7.018.002.72(075)
ПОЛУХИН НИКОЛАЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И ТОЧНОСТИ ДЕФОРМАЦИОННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОСМИЧЕСКИХ АНТЕНН

Специальности: 05.02.08 – Технология машиностроения;

05.07.02 – Проектирование, конструкция и производство
летательных аппаратов

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Подписать

Москва-2008

Работа выполнена в Ракетно-космической корпорации «Энергия» им.С.П. Королёва и Московском государственном техническом университете имени Н. Э. Баумана.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Тарасов Владимир Алексеевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Чумадин Анатолий Семенович

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник

Попов Евгений Дмитриевич

Ведущее предприятие: ФГУП ЦНИИ «Комета»

Защита состоится « 29 » октября 2008 г. на заседании диссертационного совета Д.212.141.06 в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана по адресу: 105005, г. Москва, 2-ая Бауманская ул., дом 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н.,доцент Михайлов В.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Обеспечение точности выходных геометрических параметров и снижение трудоёмкости её достижения является важной технологической задачей машиностроительного производства, поскольку она определяет повышение технической и экономической эффективности эксплуатации технических систем. Задача часто решается путем регулирования геометрических параметров на базе различных методов компенсации погрешностей при сборке конструкции: удалением припуска в процессе сборки путём механической обработки по месту; заполнением зазоров между стыкуемыми поверхностями; относительным перемещением и деформированием элементов конструкции.

В ракетно-космическом машиностроении особой остротой отличается технологическая задача регулирования формы поверхности больших раскрывающихся космических антенн, где при габаритных размерах антенны 10 – 20м необходимо ограничить отклонение точек поверхности рефлектора от теоретического контура уровнем ±0,3мм. В этом классе изделий ракетно-космической техники (РКТ) стремление снизить материалоёмкость конструкции и трудоёмкость её сборки определило предпочтение деформационному методу регулирования геометрических параметров объекта среди других методов компенсации погрешностей.

Однако сложность его реализации состоит в том, что регулировочное смещение любой контролируемой точки вызывает индуцированное смещение соседних точек и нарушает достигнутое состояние геометрических параметров поверхности антенны, требуя новых итераций в процессе уточнения положения одних и тех же точек. Большое количество контролируемых точек (порядка нескольких тысяч), отсутствие алгоритмов регулирования и доказательств сходимости итерационного процесса требуют создания теоретической базы обеспечения точности поверхности.

В связи с этим данную работу, посвященную методическому обеспечению технологического регулирования формы поверхности антенны, следует считать актуальной, поскольку разрабатываемые положения могут быть использованы при изготовлении самых современных и перспективных антенн без ограничений по размерам и форме крупногабаритных конструкций.

Работа выполнена в период с 2002 по 2006 годы и имеет практическое применение при регулировании поверхности 12 метровой антенны, изготовленной в ОАО РКК «Энергия» им. С.П. Королева по заказу ЗАО НПО «ЭГС».
Цель работы - повышение точности геометрических параметров рефлектора крупногабаритных космических антенн и сокращение трудоёмкости их сборки.
Научная задача. Теоретическое обоснование технологического метода и способов снижения трудоёмкости и повышения точности деформационного регулирования геометрических параметров космических раскрывающихся антенн их при сборке.
Научная новизна работы заключается:

В теоретическом обосновании технологического метода безитерационного деформационного регулирования геометрических параметров космических раскрывающихся антенн, который обеспечивает снижение трудоёмкости сборки при достижении требуемой точности параметров.
В доказательстве возможности применения линейной модели регулирования такой сложной конструкции как антенна.
В установлении безразмерного комплекса, характеризующего протяженность зоны влияния регулировочного смещения.
В научном обосновании наследственного характера формирования остаточных погрешностей положения точек поверхности антенны, что доказывает возможность повышения точности антенны путём повторения регулировки.

Практической ценностью обладают следующие результаты работы:

Предложенное методическое обеспечение, сокращающее более чем в 3 раза трудоёмкость регулировки геометрических параметров антенны. В том числе установленная зависимость между исходной погрешностью и регулировочным смещением.
Способ применения контр-эталона при монтаже отражающей поверхности антенны, который защищён патентом РФ.
Технологический процесс монтажа отражающей поверхности антенны, который обеспечивает требования к точности формы и электрофизическим характеристикам.

Методы исследования. При выполнении исследований использовался аппарат теории упругости, механики сплошной среды, математического анализа и математической статистики, положения теории технологической наследственности и теории технических измерений.
Достоверность результатов исследования обеспечена корректным использованием математических и экспериментальных методов исследования и подтверждена сравнением расчетных зависимостей с экспериментальными данными, а также результатами лабораторных и натурных испытаний.
Апробация и внедрение результатов работы .

Материалы диссертации доложены на 5 международных научно - технических конференциях. По теме диссертации опубликовано 2 научные статьи и 1 доклад. Получен патент РФ на устройство регулирования положения жестких точек вантово-сетевой конструкции антенны. Методическое и технологическое обеспечение, разработанное в диссертационной работе, использовано при изготовлении рефлектора крупногабаритной антенны 12АКР в ракетно-космической корпорации “Энергия” им. С.П.Королева.

На защиту выносится .

Технологический метод безитерационного деформационного регулирования геометрических параметров космических раскрывающихся антенн, который обеспечивает снижение трудоёмкости сборки при достижении требуемой точности параметров.
Методическое обеспечение определения коэффициентов взаимного влияния регулировочных и индуцированных смещений контролируемых точек вантово-сетевой конструкции космических антенн.
Установленные функциональные связи между исходными погрешностями, регулировочными смещениями и остаточными погрешностями, которые позволяют прогнозировать достижимую точность регулирования формы поверхности антенны и осуществлять экспресс-оценку уровня регулировочных смещений.
Рекомендации на конструктивные параметры устройства для регулирования положения жестких точек рефлектора.

Реализация результатов работы. Предложенные рекомендации по построению технологического процесса сборки и регулировки отражающей поверхности и применению защищенной патентом конструкции контр-эталона использованы при изготовлении на РКК «Энергия» космического рефлектора 12АКР.
Структура и объём работы. Диссертация включает 134 страницу машинописного текста, 60 рисунков, 5 таблиц и состоит из введения, 4-х глав, общих выводов и списка использованных источников литературы.
Во введении изложена проблема повышения точности формы отражающей поверхности космического рефлектора за счёт применения деформационного регулирования положения его точек по отношению к теоретическому контуру.
В первой главе работы рассматриваются вопросы обеспечения точности маложёстких конструкций трансформирующихся космических антенн. Анализ показал, что разработка и производство космических антенн определяет эффективность большинства космических систем: телекоммуникационных спутников, спутников наблюдения и навигации. Значительный вклад в успехи развития космических систем внесли работы таких зарубежных и российских фирм, как Astro Aerospaсe Northrop Grumman, Harris Corp и JPL, Mitsubishi, DLR, ESA ESTEC, Alenia Spazio, НПО ПМ (г.Железногорск), ОКБ МЭИ, ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, РКК «Энергия», «НПО ЭГС», СибГАУ им. акад. М.Ф. Решетнева (г. Красноярск) и др. Среди авторов научно-методического обеспечения для разработки и производства космических антенн следует назвать: В.И.Халимановича, В.В.Двирного, В.Г.Бутова, С.В.Понамарёва, А.А.Лохова, А.Г.Чернявского, П.П.Белоножко, В.Н.Зимина, Ueba Masazumi, Tanaka Hiroshi, Harada Satoshi, Mark W. Thomson.

Обеспечение эффективности космических систем требует от конструкции и технологии производства, чтобы рефлектор имел размеры 10-20м и более, насчитывал не менее 800-1000 контролируемых точек, а погрешность их положения не превышала бы ±0,3мм. На стойках каркаса антенны располагается только половина точек, а другая половина точек образуется узлами сетевой конструкции из нитей, армирующих сетеполотно отражающей поверхности. Для регулировки положения этих точек конструкция имеет ванты-растяжки, с помощью которых сетевая конструкция упруго деформируется.

Основная проблема регулировки положения точек антенны состоит в том, что принудительное перемещение одних точек с помощью вант вызывает индуцированное смещение соседних точек, которое нарушает ранее достигнутое положение. Для осуществления регулировки потребуется большое число итераций, сходимость которых может быть невысокой.

Проведённый анализ литературы показал, что большинство публикаций посвящено выбору конструктивных параметров рефлектора. Работ, направленных на обеспечение точности рефлектора, явно недостаточно для построения эффективной технологии регулировки поверхности рефлектора. Результаты анализа доказали важность научной задачи методического обеспечение регулировки поверхности антенны и позволили провести её декомпозицию, выделив задачи исследования.

Вторая глава посвящена созданию методического обеспечения для выбора рациональной комбинации регулировочных смещений, обеспечивающих безитерационный процесс регулирования формы поверхности рефлектора. Показано, что в основу методического обеспечения можно положить линейную модель

,
связывающую матрицы-столбцы регулировочных (Vy ) (размер J ) и индуцированных смещений (V Ф) (размер I ) точек рефлектора в процессе регулирования формы его поверхности, где () – матрица коэффициентов влияния регулировочных и индуцированных точек (размер I × J ).

Особенностью применения линейной модели является её избыточность в силу того, что в общем случае выполняется неравенство I > J .

Методическое обеспечение создано на базе сопоставления двух принципов выбора регулировочного решения. Принцип альтернативного выбора состоит в последовательном решении С систем из J уравнений,

полученных вычеркиванием из общей системы I – J уравнений, где С – число сочетаний из I по I - J .

В результате заполняются таблицы вариантов регулировочных смещений (Vy ) и остаточных погрешностей (Δ Ф) для этих вариантов (табл.1,2), где k - индекс остаточных погрешностей, соответствующих удаленным уравнениям. Число строк матрицы - I - J . Для удобства сравнения в правой части строк приводятся допустимые значения этих погрешностей.

Матрица регулировочных смещений (Vy ) Табл.1

Вариант № п/п	Искомое регулировочное смещение
Вариант № п/п	Vy 1	Vy 2	Vy j	Vy J
1	…	…	…	…
2	…	…	…	…
3	…	…	…	…

Рациональное регулировочное решение выбирается после удаления из табл. 2 неприемлемых вариантов по величине регулировочных смещений и остаточных погрешностей.

Матрица остаточных погрешностей ( Ф ) Табл.2

Вариант № п/п	Остаточная погрешность  Ф k			Допуски на погрешности  Ф k Т
Вариант № п/п	k=1	k=2	k=I-J	k=1	k=I-J
1	…	…		…	…
2	…	…		…	…
3	…	…		…	…

В основе принципа безальтернативного выбора лежит метод наименьших квадратов, где в качестве целевой функции используется сумма квадратов остаточных погрешностей

Равенство нулю частных производных
позволяет получить систему из J уравнений, которая даёт единственное решение

,
где
;
- обратная матрица;
- матрица коэффициентов влияния регулировочных смещений на соседние точки;
- транспонированная матрица коэффициентов влияния
;
- матрица свободных членов.

Сравнение результатов применения обоих принципов в тестовой задаче регулирования точек поверхности антенны показывает, что безальтернативный выбор регулировочного решения сокращает трудоёмкость и субъективность принимаемого решения в силу его единственности. При этом точность регулирования не уступает лучшему варианту, найденному при альтернативном выборе решения.

В третьей главе проведено экспериментальное и теоретическое исследование поведения взаимосвязанных точек вантово-сетевой конструкции антенны при осуществлении регулировочных смещений. Методика исследования состояла в том, что в условиях физического или вычислительного эксперимента совершаются регулировочные смещения и определяются индуцированные смещения. Результатом исследования стало определение матрицы коэффициентов взаимных влияний, компоненты которой могут быть определены путем физического и вычислительного эксперимента.

При проведении физического эксперимента измерение координат осуществлялось одновременно двумя парами электронных теодолитов в системе координат реперных знаков, установленных на стенах сборочного цеха.

Н

а основе применения методики измерения координат точек антенны с помощью электронных теодолитов экспериментально установлено существование всех компонент индуцированного смещения как у мягких, так и у жестких точек антенны. Для всех точек отражающей поверхности определены коэффициенты влияния между индуцированными и регулировочными смещениями.
Рис.1. График значений коэффициентов влияния регулировочного смещения на соседнюю мягкую точку антенны в направлении центра

(Линии: сплошные- экспериментальное значение; пунктирная – теоретическое значение; штрих-пунктирные – границы доверительного интервала)

В качестве примера на рис.1. представлен график значений коэффициентов влияния регулировочного смещения на соседнюю мягкую точку антенны в направлении центра. Показано, что уровень коэффициентов влияния внутри силового кольца вдвое меньше, чем на периферии антенны.

Альтернативным способом определения коэффициентов связи регулировочных и индуцированных смещений, который не требует применения трудоёмких измерительных процессов и дорогостоящего оборудования, является разработка и исследование конечно-элементной модели вантово-сетевой конструкции антенны.

В работе создана конечно-элементная модель вантово-сетевой конструкции антенны (рис.2) в среде Nastran. При этом принималось, что армирующие волокна имеют круглые сечения, а стойки – прямоугольные. Механические характеристики для волокна соответствовали арамидному волокну, а стойки углепластику.

Рис.2. Общий вид конечно-элементной модели отражающей поверхности рефлектора 12АКР в MSC/NASTRAN for Windows
Пример оценки индуцированных смещений при регулировании положения мягкой точки отражающей поверхности рефлектора 12АКР представлен на рис.3.

Сравнение вычислений с экспериментом показало, что конечно - элементная модель антенны позволяет с удовлетворительной точностью рассчитать коэффициенты влияния без дорогих и трудоёмких экспериментов, а линейная модель регулирования может быть положена в основу выбора регулировочного решения. Это важно на стадии принятия конструктивно-технологических решений, определяющих облик проектируемой антенны, обеспечение её точности и экономической эффективности её производства.

Рис.3. Численный анализ деформирования отражающей поверхности
антенны при регулировании
Аналитические оценки, проведённые в 3-й главе, были направлены на установление размеров локальной области регулировочного воздействия, что важно для определения потребного количества технологической оснастки при проведении регулирования. Было получено дифференциальное уравнение для прогибов нити и установлено, что размер зоны влияния зависит от допустимого уровня смещения на границе зоны влияния и безразмерного параметра Ψ. Его образуют геометрические параметры схемы армирования, а также жесткости армирующего волокна и углепластиковых стоек.
Четвёртая глава посвящена практическому использованию методических разработок и технологических рекомендаций, позволивших сократить трудозатраты на достижение требований к точности поверхности.

В предложенном технологическом решении принципиальное значение имеет применение контр-эталона, конструкция которого представлена на рис.4 и защищена патентом Российской Федерации.

Рис. 4. Конструктивная схема контр-эталона для обеспечения
точности отражающей поверхности рефлектора
Конструкция контр-эталона содержит основание, выполненное в виде центральной ступицы 1 с закрепленными на ней радиальными ребрами 2, ориентированными вертикально. На периферии ряда основных ребер 2 имеются присоединенные к ним дополнительные ребра 3. На радиальных ребрах основных 2 и дополнительных 3 установлены регулируемые по высоте узлы 4. Со стороны установки узлов 4 поверхность ребер 2 и 3 выполнена эквидистантой теоретической отражающей поверхности рефлектора.

Регулируемые по высоте узлы 4 снабжены бобышками 5, выполненными из мягкого дерева. Вертикальное положение каждой из бобышек 5 регулируется с помощью винтов 6. На периферии ребер 2 и 3 установлены блоки натяжения 7. Основание с противоположной стороны от регулируемых по высоте узлов 4 установлено на раме 8.

Бобышки 5 винтами 6 выставлялись в вертикальном направлении так, чтобы внешняя поверхность бобышек принадлежала теоретической отражающей поверхности изготавливаемого рефлектора. Юстировка положения бобышек, осуществлялась с помощью промышленной оптической координатно-измерительной системы «Leica AXYZ», с точностью 0,1 мм (рис5).

Рис.5. Распределение погрешностей на поверхности контр-эталона

Контр-эталон необходим:

для регулировки положения вершин стоек раскрывающего каркаса, которые образуют часть контролируемых точек поверхности антенны;
для натяжения сетеполотна и создания сетевой конструкции из нити, армирующей отражающую поверхность (рис.6) и образующей в узлах пересечения другую часть контролируемых точек;
для переноса армированной отражающей поверхности на стойки раскрывающего каркаса (рис.7).

Рис.6. Прокладка армирующих нитей со стремянки и формирование
сетевой конструкции на отражающей поверхности антенны
С целью оценки регулируемости отражающей поверхности космического рефлектора разработана методика установления связи между регулировочными смещениями, исходными и остаточными погрешностями. Показано, что:

существует связь между исходными погрешностями и регулировочными смещениями (рис. 8), которую удобно использовать для грубой регулировки отражающей поверхности космического рефлектора;
при тонкой регулировке параметров поверхности рефлектора следует учитывать существование связи (технологической наследственности) между исходными и остаточными погрешностями (рис. 9), осуществляя повторные регулировки.

Рис.7. Перенос с помощью контр-эталона армированной отражающей поверхности на раскрывающийся каркас антенны

Рис. 8. Связь исходных погрешностей
и регулировочных смещений

кубики – случайные значения v i ; линия – результат аппроксимации

Рис. 9. Связь исходных и остаточных погрешностей
Предложенная технология изготовления и монтажа отражающей поверхности космической антенны может быть использована при изготовлении космических антенн вантово-сетевой конструкции иных (в том числе и больших) размеров. Центральным блоком технологии является монтаж и регулирование формы отражающей поверхности антенны на каркасе конструкции, поскольку они в значительной степени определяют точность параметров и трудоёмкость процесса. Для их проведения на сборочном участке создано рабочее место, осуществляется обработка измеренных координат отражающей поверхности, определяются исходные погрешности и по разработанной методике выбирается регулировочное решение.

Второй ее этап, который необходимо завершить в 2013 году, затронул кузнечный участок заготовительного цеха. На сегодняшний день подписан приказ о его закрытии, и, как показывает предварительно проведенная аналитическая работа, к этому есть все основания. Более того, оптимизация одного небольшого производства на головном предприятии повлекла за собой серьезную перестройку в работе кузнечно-штамповочных производств, расположенных на других предприятиях корпорации. По всем расчетам, эти изменения должны способствовать повышению эффективности деятельности корпорации в целом.

На фото: Участок штамповки и обрезки кузнечно-штамповочного производства ОАО «Производственное объединение «Стрела», г. Оренбург

Предыстория вопроса такова. Осенью 2012 года генеральный директор корпорации поручил главному инженеру КТРВ Николаю Валерьевичу Полухину проанализировать состояние дел на кузнечно-штамповочном производстве головного предприятия, а также некоторых других предприятиях КТРВ. Не удивительно, что этот вопрос был поручен помощнику заместителя генерального директора - заместителя главного инженера М.И. Шаповалову. Михаил Иванович - опытный специалист в этой области. После окончания МВТУ имени Баумана он многие годы работал в кузнечном производстве, из которых почти двадцать лет возглавлял кузнечный цех Завода экспериментального машиностроения Ракетно-космической корпорации «Энергия», одиннадцать лет работал заместителем главного инженера головного предприятия КТРВ. Вместе с Михаилом Ивановичем осмотром кузниц занимался Николай Аркадьевич Черенков, в то время главный металлург, а теперь заместитель главного металлурга.

«Перед нами стояла задача, - говорит Михаил Иванович, - изучить состояние дел и дать заключение о том, на каком из предприятий имеется кузнечно-штамповочное производство, способное обеспечить заготовками не только опытное, но и, что самое главное, - серийное производство изделий. Мы рассматривали каждую кузницу: помещение, установленное там оборудование, состояние производства и степень его загрузки».

Через несколько месяцев аналитическая справка-отчет, снабженная данными и фотоснимками, а также содержащая конкретные выводы относительно потенциала кузнечно-штамповочных производств семи предприятий КТРВ, была готова. И вот какая получилась картина.

На головном предприятии производство в удовлетворительном состоянии, но малоэффективно. Оборудование требует ремонта, да и специалистов - кузнецов и кузнецов-штамповщиков - осталось всего несколько человек. Что самое важное, кузница загружена менее чем на 30 процентов. Работы на кузнечном участке стало еще меньше, когда в заготовительный цех приобрели современную установку гидроабразивной резки. Многие детали удобнее стало делать на новом оборудовании - там несколько осей координат, да и детали после такой резки требуют минимум механической обработки, при этом заметно сократился цикл их изготовления. Заключение - кузнечный участок может быть закрыт, а это значит, что изготовление поковок и штамповок, ввиду малого объема, можно передать на сторону.

Несмотря на хорошее рабочее состояние, кузница ГосМКБ «Вымпел» имени И.И. Торопова также не была отмечена как имеющая достаточный потенциал, чтобы обеспечивать серийное производство изделий для корпорации. После осмотра кузниц на «Красном гидропрессе», «Салюте», Смоленском авиационном и Азовском оптико-механическом заводах стало ясно, что ни одна из них, несмотря на то, что является подразделением крупного завода со своей многолетней историей, также не подходит для организации кузнечно-штамповочного производства КТРВ. Некоторые из них необходимо закрывать из-за того, что восстановление нецелесообразно, и переводить имеющийся небольшой объем работ на другое предприятие. Все это было подробно зафиксировано в аналитической записке.

Побывав в Производственном объединении «Стрела» (Оренбург) и тщательно изучив ситуацию на месте, М.И. Шаповалов записал в отчете: «ПО «Стрела» обладает достаточными мощностями для обеспечения кузнечными заготовками всех предприятий КТРВ». Михаил Иванович остался доволен результатом поездки: «В «Стреле» действительно большой кузнечный цех и есть все условия, чтобы предприятия корпорации на договорной основе могли изготавливать здесь свою продукцию. Работает современное оборудование - например, молот ковочный с манипулятором и весом падающих частей в пять тонн. Для сравнения: на головном предприятии самый большой молот - однотонный. В цехе организован весь производственный цикл - от завоза прутка до выхода готовой поковки или штамповки, и даже часть помещения свободна, - значит, есть куда наращивать мощности. Кузнечно-штамповочное производство находится в одном здании, в руках, будем говорить, одного коллектива, причем достаточно многочисленного. Кузница головного предприятия сильно проигрывает «Стреле» еще из-за того, что производственный цикл изготовления поковок и штамповок у нас гораздо сложнее за счет его разорванности - многие операции производятся на участках других цехов. Кроме того, мы теряем деньги при закупках сырья, так как приобретаем слишком малые партии».

Через несколько месяцев отчет о проведенной аналитической работе был сдан. Генеральный директор корпорации Б.В. Обносов поставил на документе резолюцию: «Согласен. Подготовить все необходимые распорядительные документы». Это означало, что решение проблемы переходит в практическую плоскость. Вскоре, 5 марта 2013 года, вышел приказ № 91 о переводе всей кузнечной номенклатуры головного предприятия в ПО «Стрела» и использовании кузнечно-штамповочного производства этого предприятия в интересах всей корпорации. Осенью головное предприятие уже получило первую партию кузнечных заготовок. Готовятся к сотрудничеству с кузницей Оренбурга и другие предприятия корпорации, в частности ГосМКБ «Радуга» имени А. Я. Березняка.

Главный металлург ПО «Стрела» Василий Александрович Сальников теперь частый гость на головном предприятии, ему приходится решать целый ряд организационных вопросов. «Действительно, представители головного предприятия были у нас, а весной в корпорации вышел организующий документ - приказ за подписью Бориса Викторовича Обносова о передаче нам кузнечного производства, - говорит он. - Наш кузнечный цех имеет такую особенность - он включает в себя всю технологию: раскройный, кузнечный, штамповочный, ковочный, термический участки, участок очистки заготовок, участок травления плюс - мы сами изготавливаем простую оснастку. Это автономное подразделение, которое может само себя обеспечивать. Никаких сложностей, чтобы взять дополнительный объем работ и даже разместить в цехе еще несколько единиц оборудования, не вижу. Мы уже договорились о том, чтобы забрать из Королева кривошипный горячештамповочный пресс, однотонный молот свободной ковки. На сегодняшний день с головным предприятием у нас полное взаимопонимание, улаживаем только номенклатуру: что нам нужно сделать в первую очередь. Кроме того, мы понимаем, что производству головного предприятия необходимы заделы кузнечной продукции. Сейчас прорабатывается номенклатура на 2014 год. Думаю, со временем все отладим, и буду ездить в Королев реже».

На столе у М.И. Шаповалова лежит приказ генерального директора КТРВ, изданный в развитие предыдущего приказа № 91 от 5 марта 2013 года, о закрытии кузнечно-штамповочного участка на головном предприятии с 1 февраля 2014 года. «Свою работу сегодня не могу считать законченной, пока не демонтируют оборудование и полностью участок не освободят, - считает Михаил Иванович. - Многое уже сделано, мы начали работать в новом режиме. Плюсы этих изменений очевидны и необходимость такой перестройки тоже понятна - предстоит большой объем выпуска продукции, причем серийной. Трудности организационного характера могут возникнуть только на первом этапе. Например, когда конструктор головного предприятия будет делать новые чертежи, в которых есть детали кузнечного изготовления. Теперь он должен будет направить этот чертеж не в королевское ОГТ или ОГМет, а сразу в Оренбург, и все нюансы, изменения согласовывать со «Стрелой». У нас уже разработано положение, которое регулирует взаимоотношения между соответствующими подразделениями КБ ПО «Стрела» и нашим КБ. Как и в любом деле, главную роль здесь будет играть человеческий фактор. За эти несколько месяцев нужно окончательно решить все вопросы, связанные с ликвидацией кузнечного участка. Мы должны предложить сотрудникам другую работу на предприятии, возможно с переобучением. Если кто-то от этого откажется, то увольнение будет происходить по всем правилам, по закону, со всеми положенными выплатами».

Кузнечно-штамповочный цех Производственного объединения «Стрела» фактически станет центром корпорации по производству кузнечной продукции. После принятия генеральным директором этого решения в службе главного инженера изменились подходы к формированию планов технического перевооружения и планов реализации Федеральной целевой программы для всех семи предприятий в отношении кузнечного производства.

Светлана Лебедева

На правах рукописи

УДК 629.7.018.002.72(075)

ПОЛУХИН НИКОЛАЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ

Специальности: 05.02.08 – Технология машиностроения;

05.07.02 – Проектирование, конструкция и производство
летательных аппаратов

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва-2008

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Тарасов Владимир Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Чумадин Анатолий Семенович

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник

Попов Евгений Дмитриевич

Ведущее предприятие: ФГУП ЦНИИ «Комета»

Телефон для справок: 499-267-09-63

Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н.,доцент Михайлов В.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Цель работы - повышение точности геометрических параметров рефлектора крупногабаритных космических антенн и сокращение трудоёмкости их сборки.

Научная задача. Теоретическое обоснование технологического метода и способов снижения трудоёмкости и повышения точности деформационного регулирования геометрических параметров космических раскрывающихся антенн их при сборке.

Научная новизна работы заключается:

В теоретическом обосновании технологического метода безитерационного деформационного регулирования геометрических параметров космических раскрывающихся антенн, который обеспечивает снижение трудоёмкости сборки при достижении требуемой точности параметров.
В доказательстве возможности применения линейной модели регулирования такой сложной конструкции как антенна.
В установлении безразмерного комплекса, характеризующего протяженность зоны влияния регулировочного смещения.
В научном обосновании наследственного характера формирования остаточных погрешностей положения точек поверхности антенны, что доказывает возможность повышения точности антенны путём повторения регулировки.

Практической ценностью обладают следующие результаты работы:

Предложенное методическое обеспечение, сокращающее более чем в 3 раза трудоёмкость регулировки геометрических параметров антенны. В том числе установленная зависимость между исходной погрешностью и регулировочным смещением.
Способ применения контр-эталона при монтаже отражающей поверхности антенны, который защищён патентом РФ.
Технологический процесс монтажа отражающей поверхности антенны, который обеспечивает требования к точности формы и электрофизическим характеристикам.

Достоверность результатов исследования обеспечена корректным использованием математических и экспериментальных методов исследования и подтверждена сравнением расчетных зависимостей с экспериментальными данными, а также результатами лабораторных и натурных испытаний.

Апробация и внедрение результатов работы .

На защиту выносится .

Технологический метод безитерационного деформационного регулирования геометрических параметров космических раскрывающихся антенн, который обеспечивает снижение трудоёмкости сборки при достижении требуемой точности параметров.
Методическое обеспечение определения коэффициентов взаимного влияния регулировочных и индуцированных смещений контролируемых точек вантово-сетевой конструкции космических антенн.
Установленные функциональные связи между исходными погрешностями, регулировочными смещениями и остаточными погрешностями, которые позволяют прогнозировать достижимую точность регулирования формы поверхности антенны и осуществлять экспресс-оценку уровня регулировочных смещений.
Рекомендации на конструктивные параметры устройства для регулирования положения жестких точек рефлектора.

Структура и объём работы. Диссертация включает 134 страницу машинописного текста, 60 рисунков, 5 таблиц и состоит из введения, 4-х глав, общих выводов и списка использованных источников литературы.

Во введении изложена проблема повышения точности формы отражающей поверхности космического рефлектора за счёт применения деформационного регулирования положения его точек по отношению к теоретическому контуру.

В первой главе работы рассматриваются вопросы обеспечения точности маложёстких конструкций трансформирующихся космических антенн. Анализ показал, что разработка и производство космических антенн определяет эффективность большинства космических систем: телекоммуникационных спутников, спутников наблюдения и навигации. Значительный вклад в успехи развития космических систем внесли работы таких зарубежных и российских фирм, как Astro Aerospaсe Northrop Grumman, Harris Corp и JPL, Mitsubishi, DLR, ESA ESTEC, Alenia Spazio, НПО ПМ (г.Железногорск), ОКБ МЭИ, ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, РКК «Энергия», «НПО ЭГС», СибГАУ им. акад. М.Ф. Решетнева (г. Красноярск) и др. Среди авторов научно-методического обеспечения для разработки и производства космических антенн следует назвать: В.И.Халимановича, В.В.Двирного, В.Г.Бутова, С.В.Понамарёва, А.А.Лохова, А.Г.Чернявского, П.П.Белоножко, В.Н.Зимина, Ueba Masazumi, Tanaka Hiroshi, Harada Satoshi, Mark W. Thomson.

связывающую матрицы-столбцы регулировочных (Vy) (размер J) и индуцированных смещений (VФ) (размер I) точек рефлектора в процессе регулирования формы его поверхности, где () – матрица коэффициентов влияния регулировочных и индуцированных точек (размер I J).

полученных вычеркиванием из общей системы I – J уравнений, где С – число сочетаний из I по I - J.

В результате заполняются таблицы вариантов регулировочных смещений (Vy) и остаточных погрешностей (Ф) для этих вариантов (табл.1,2), где k - индекс остаточных погрешностей, соответствующих удаленным уравнениям. Число строк матрицы - I-J. Для удобства сравнения в правой части строк приводятся допустимые значения этих погрешностей.

Равенство нулю частных производных позволяет получить систему из J уравнений, которая даёт единственное решение

где ; - обратная матрица; - матрица коэффициентов влияния регулировочных смещений на соседние точки; - транспонированная матрица коэффициентов влияния ; - матрица свободных членов.

На основе применения методики измерения координат точек антенны с помощью электронных теодолитов экспериментально установлено существование всех компонент индуцированного смещения как у мягких, так и у жестких точек антенны. Для всех точек отражающей поверхности определены коэффициенты влияния между индуцированными и регулировочными смещениями.

Рис.1. График значений коэффициентов влияния регулировочного смещения на соседнюю мягкую точку антенны в направлении центра

Рис.2. Общий вид конечно-элементной модели отражающей поверхности рефлектора 12АКР в MSC/NASTRAN for Windows

Пример оценки индуцированных смещений при регулировании положения мягкой точки отражающей поверхности рефлектора 12АКР представлен на рис.3.

Рис.3. Численный анализ деформирования отражающей поверхности
антенны при регулировании

Аналитические оценки, проведённые в 3-й главе, были направлены на установление размеров локальной области регулировочного воздействия, что важно для определения потребного количества технологической оснастки при проведении регулирования. Было получено дифференциальное уравнение для прогибов нити и установлено, что размер зоны влияния зависит от допустимого уровня смещения на границе зоны влияния и безразмерного параметра. Его образуют геометрические параметры схемы армирования, а также жесткости армирующего волокна и углепластиковых стоек.

Четвёртая глава посвящена практическому использованию методических разработок и технологических рекомендаций, позволивших сократить трудозатраты на достижение требований к точности поверхности.

Рис. 4. Конструктивная схема контр-эталона для обеспечения
точности отражающей поверхности рефлектора

Конструкция контр-эталона содержит основание, выполненное в виде центральной ступицы 1 с закрепленными на ней радиальными ребрами 2, ориентированными вертикально. На периферии ряда основных ребер 2 имеются присоединенные к ним дополнительные ребра 3. На радиальных ребрах основных 2 и дополнительных 3 установлены регулируемые по высоте узлы 4. Со стороны установки узлов 4 поверхность ребер 2 и 3 выполнена эквидистантой теоретической отражающей поверхности рефлектора.

Рис.5. Распределение погрешностей на поверхности контр-эталона

Контр-эталон необходим:

для регулировки положения вершин стоек раскрывающего каркаса, которые образуют часть контролируемых точек поверхности антенны;
для натяжения сетеполотна и создания сетевой конструкции из нити, армирующей отражающую поверхность (рис.6) и образующей в узлах пересечения другую часть контролируемых точек;
для переноса армированной отражающей поверхности на стойки раскрывающего каркаса (рис.7).

Рис.6. Прокладка армирующих нитей со стремянки и формирование
сетевой конструкции на отражающей поверхности антенны

С целью оценки регулируемости отражающей поверхности космического рефлектора разработана методика установления связи между регулировочными смещениями, исходными и остаточными погрешностями. Показано, что:

существует связь между исходными погрешностями и регулировочными смещениями (рис. 8), которую удобно использовать для грубой регулировки отражающей поверхности космического рефлектора;
при тонкой регулировке параметров поверхности рефлектора следует учитывать существование связи (технологической наследственности) между исходными и остаточными погрешностями (рис. 9), осуществляя повторные регулировки.

Рис.7. Перенос с помощью контр-эталона армированной отражающей поверхности на раскрывающийся каркас антенны

Рис. 8. Связь исходных погрешностей и регулировочных смещений

кубики – случайные значения vi; линия – результат аппроксимации

Рис. 9. Связь исходных и остаточных погрешностей

Предложенная технология изготовления и монтажа отражающей поверхности космической антенны может быть использована при изготовлении космических антенн вантово-сетевой конструкции иных (в том числе и больших) размеров. Центральным блоком технологии является монтаж и регулирование формы отражающей поверхности антенны на каркасе конструкции, поскольку они в значительной степени определяют точность параметров и трудоёмкость процесса. Для их проведения на сборочном участке создано рабочее место, осуществляется обработка измеренных координат отражающей поверхности, определяются исходные погрешности и по разработанной методике выбирается регулировочное решение.

Общие выводы по диссертации

1. Анализ конструктивных особенностей вантово-сетевой конструкции космического рефлектора и экспериментально-теоретические исследования её поведения показали, что осуществление деформационного регулирования положения его точек будет осложняться появлением индуцированных смещений соседних точек.

В качестве основы для поиска регулировочного решения в работе:

Предложена линейная модель представления индуцированных смещений в виде суперпозиции влияния регулировочных смещений, а адекватность модели подтверждена численным анализом поведения конструкции на базе применения конечно-элементной модели в среде Nastran.
Показано, что в силу неравенства числа контролируемых и регулируемых точек система уравнений относительно искомых регулировочных смещений в линейной модели будет избыточной, а регулировочное решение не будет однозначным.
На базе физического и вычислительного эксперимента установлено существование всех компонент индуцированного смещения как у мягких, так и у жестких точек антенны. Уровень коэффициентов взаимосвязи регулировочных и индуцированных смещений внутри силового кольца составляет 0,15-0,2, а с внешней стороны кольца уровень взаимного влияния возрастает в 2-3 раза.
Аналитические оценки размеров локальной области регулировочного воздействия позволяют определить потребное количество технологической оснастки для проведения регулирования.

Теоретический анализ технологического метода повышения производительности и точности деформационного регулирования геометрических параметров антенны показал, что:

Применение метода наименьших квадратов при поиске рациональной комбинации регулировочных смещений обеспечивает безитерационность компенсации исходных сборочных погрешностей геометрических параметров антенны.
Превращение исходных погрешностей в остаточные носит наследственный характер, что указывает на возможность повышения точности геометрических параметров путём повторной регулировки.
Для грубой регулировки предлагается использовать установленную связь между исходными погрешностями и регулировочными смещениями.

Разработаны технологический процесс и технологическое оснащение для обеспечения точности изготовления отражающей поверхности космической антенны из сетеполотна, её монтажа и безитерационной регулировки на раскрывающем каркасе антенны. Патентом Российской Федерации защищена новизна конструкции контр-эталона, необходимого для регулировки положения стоек каркаса, для натяжения и армирования отражающей поверхности антенны из сетеполотна, для монтажа отражающей поверхности на каркасе.
Рекомендации, предложенные в работе и внедрённые при изготовлении антенны 12АКР на РКК «Энергия», обеспечили снижение трудоёмкости регулировки более чем в 3 раза, достижение точности фактического положения точек по отношению теоретическому контуру ±0,3 мм, и могут быть рекомендованы при изготовлении космических антенн вантово-сетевой конструкции иных (в том числе и больших) размеров.

Работы по теме диссертации:

Стрекалов А.Ф., Полухин Н.В. Проблемы и достижения ракетно-космического производства в современных условиях. // Ракетно-космическая техника: фундаментальные и прикладные проблемы: Труды 2-й МНК; В 4-х томах. – М., 2004. - Т.3.– С.61.
Полухин Н.В., Цебро Ю.А. Оценка возможности деформационной компенсации погрешностей сборочного интерфейса конструкций ракетно-космической техники. // Ракетно-космическая техника: фундаментальные и прикладные проблемы: Труды 2-й МНК; В 4-х томах. – М., 2004. - Т.3.– С.65.
Технологическое обеспечение точности отражающей поверхности параболического рефлектора из сетеполотна в маложестких, раскрывающихся конструкциях космических аппаратов: Технический отчет по теме №ОН-471-03 / МГТУ им.Н.Э.Баумана; рук. темы В.А.Тарасов; исп. В.А.Тарасов, Н.В.Полухин, А.С.Филимонов и др.. - Инв. №208387. – М., 2004. – 108с.
Тарасов В.А., Полухин Н.В. Теоретические основы регулировки формы поверхности маложестких конструкций РКТ // ХХIХ академические чтения по космонавтике: Тезисы докладов МНК –М., 2005. - С.461-462.
Поведение поверхности раскрывающейся космической антенны в процессе регулирования её формы при сборке./ В.А.Тарасов, Н.В.Полухин, А.С.Филимонов, Р.В.Боярская// Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2005. - №4. - С.36-41.
Оптимизация процесса регулирования формы поверхности раскрывающихся космических антенн /В.А.Тарасов, Н.В.Полухин, Р.В.Боярская, Ю.А.Цебро. // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2005. - №6. - С.32-35.
Полухин Н.В., Тарасов В.А. Регулирование формы поверхности рефлектора раскрывающихся космических антенн. // Образование через науку: Тезисы докладов МНК –М., 2005. - С.528
Полухин Н.В., Тарасов В.А. Технологическое обеспечение процессов регулирования форм поверхности крупногабаритных развертываемых антенн космических аппаратов. // Решетнёвские чтения: Материалы IX МНК – Красноярск, 2005.-С.125
Пат. 2276823 (Россия), МПК7 Н01Q 15/16: Способ изготовления крупногабаритных развертываемых рефлекторов и устройство для формирования криволинейной поверхности рефлектора / ЗАО «Завод экспериментального машиностроения» Ракетно-космической корпорации «Энергия» им. С.П. Королева; Н.В. Полухин, А.А. Шитиков, В.А. Романенков и др. // Б.И - 2006..- №17.
Механизмы формирования точности формы поверхности космической антенны при её регулировании / В.А. Тарасов, А.С. Филимонов, Н.В. Полухин и др.// ХХХI академические чтения по космонавтике: Тезисы докладов МНК. – М., 2007. – С.471-472.
Тарасов В.А., Цебро Ю.А., Полухин Н.В. Взаимосвязь регулировочных смещений, исходных и остаточных погрешностей в процессе настройки поверхности рефлектора вантово-сетевой конструкции // Ракетно- космическая техника: фундаментальные и прикладные проблемы: Тр. 3-й МНК. - М., 2008. - Т. 2. - С.100 - 104.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к изготовлению тонкостенных оболочек несимметричной формы двойной кривизны с фланцем, и находит применение в строительстве и производстве сантехники. Формоизменение листовой заготовки осуществляют методом ротационной вытяжки по закону синуса, воздействуя на заготовку давильным инструментом, продольно перемещая от меньшего диаметра к большему, установленным с зазором относительно оправки. При достижении перемещения давильного инструмента 0,5 0,75 величины технологического хода выравнивают края фланца заготовки резцом, осуществляют многопереходную давильную обработку оставшегося участка заготовки по форме, обеспечивающей соблюдение закона синуса с образованием фланца, шириной 0,05 0,10 от наибольшего диаметра оживальной части оболочки, отрезают фланцевый участок, придают оболочке несимметричную форму. После чего сваривают краевой участок несимметричной оболочки с кольцом-фланцем, совпадающий с ним по размеру и форме. Повышается качество эксплуатационных характеристик, снижается металлоемкость и трудоемкость изготовления изделия. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Рисунки к патенту РФ 2471585

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к изготовлению тонкостенных оболочек несимметричной формы. Такого рода изделия находят широкое применение в строительстве, в производстве сантехники.

Для получения тонкостенных изделий несимметричной формы в основном используют способы, описанные в (Учаев П.Н., Привалов В.В., Учаев И.Н. Жестяницкие работы. - М.: Машиностроение, 1989. - 336 с.). Для получения, например, несимметричной тонкостенной оболочки в форме усеченного конуса используют листовые заготовки, которые формоизменяют на листогибочном трехвалковом стане с различными радиусами изгиба, стыкуют их по образующей, сваривают и производят слесарную обработку сварных швов. Данный способ позволяет получать тонкостенные несимметричные защитные оболочки из различных металлов (http://www.isomag.ru/). Недостатком известного способа является высокая трудоемкость изготовления оболочек, связанная с трудоемкой сборкой составных частей изделия, сваркой и слесарной обработкой, а также низким качеством поверхности. По известному способу изготавливать несимметричные оболочки двойной кривизны возможно только при использовании ручных слесарных операций.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ (патент № 2255827 МПК7 B21D 22/16, 10.07.05 г.), заключающийся в том, что устанавливают листовую заготовку в виде диска на вращающейся оправке оживальной формы, формоизменение заготовки производят многопереходной давильной обработкой при продольном перемещении давильного инструмента с зазором между давильным инструментом и оправкой для любой точки профиля, корректируемой по заданной зависимости. К недостаткам известного способа относится возможность изготовления изделий только осесимметричной формы.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение качества эксплуатационных характеристик при получении тонкостенных несимметричных оболочек двойной кривизны с фланцем и снижение трудоемкости изготовления.

Для решения поставленной задачи предлагается способ изготовления тонкостенных несимметричных оболочек двойной кривизны с фланцем, заключающийся в том, что устанавливают листовую заготовку на вращающейся оправе оживальной формы, осуществляют формоизменение заготовки ротационной вытяжкой по закону синуса от меньшего диаметра к большему, воздействуют на заготовку, продольно перемещая относительно оси оправы давильный инструмент, установленный с зазором относительно оправы, отличающийся тем, что при перемещении давильного инструмента на 0,5 0,75 величины технологического хода, выравнивают края фланца заготовки резцом, осуществляют многопереходную давильную обработку оставшегося участка заготовки по форме, обеспечивающей соблюдение закона синуса с образованием фланца, шириной 0,05 0,10 от наибольшего диаметра оживальной части оболочки, придают оболочке несимметричную форму, отрезают фланцевый участок, соединяют краевой участок несимметричной оболочки с кольцом-фланцем, совпадающий с ним по размеру и форме.

В первом частном случае способа изготовления тонкостенных несимметричных оболочек двойной кривизны с фланцем деформируют заготовку зажимным приспособлением для придания несимметричной формы и отрезают фланцевый участок под углом 4°.

Во втором частном случае способа изготовления тонкостенных несимметричных оболочек двойной кривизны с фланцем соединяют краевые участки оболочки и кольца-фланца путем сварки.

Техническим результатом предлагаемого способа получения несимметричных тонкостенных оболочек двойной кривизны с фланцем является повышение эксплуатационных характеристик за счет улучшения качества поверхности оболочки в результате использования ротационной вытяжки, исключение сварных швов в оживальной части, снижение металлоемкости за счет упрочнения материала на 40 50% и снижение трудоемкости изготовления изделия за счет устранения слесарных доводочных работ.

На фиг.1 показана схема тонкостенной несимметричной оболочки двойной кривизны с фланцем;

на фиг.2 изображен этап формоизменения плоской листовой заготовки ротационной вытяжкой с утонением стенки для получения первой кривизны и выравниванием края фланца резцом;

на фиг.3 показан этап формоизменения заготовки с получением второй кривизны и технологического фланца;

на фиг.4 показано устройство для деформации осесимметричной оболочки в несимметричную;

на фиг.5 изображена схема несимметричной оболочки после сварки с кольцом, имеющим отверстие по форме готового изделия.

Способ осуществляется следующим образом.

Для изготовления тонкостенной несимметричной оболочки двойной кривизны с фланцем, приведенной на фиг.1, берут листовую заготовку в виде круга с технологическим отверстием в центре. Заготовку устанавливают на оживальную оправу и фиксируют. Производят формоизменение заготовки на станке для ротационной вытяжки. Ротационную вытяжку выполняют роликовым инструментом с использованием многопереходной давильной обработки, стенки утоняют с соблюдением закона синуса на всех участках кривизны. Обработку давильным инструментом осуществляют от меньшего диаметра к большему (фиг.2) при продольном перемещении давильного инструмента относительно оси оправки, установленного с необходимым зазором относительно последней. После продольного перемещения давильного инструмента на 0,5 0,75 величины технологического хода выравнивают края фланца заготовки, подрезая его резцом (см. фиг.2), и дальнейшую многопереходную давильную обработку осуществляют с обеспечением кривизны и утонения стенки по закону синуса с образованием на конечном этапе формоизменения фланца шириной 0,05 0,10 наибольшего диаметра оболочки (фиг.3). Фланец выполняет технологическую функцию, его наличие предотвращает образование трещин и надрывов в процессе формоизменения, а также обеспечивает жесткость оболочки при последующей установке в зажимных приспособлениях. После ротационной вытяжки получают осесимметричную тонкостенную оболочку. Используя метод ротационной вытяжки, уменьшают высоту неровностей внешней и внутренней поверхностей, в последнем случае копируют шероховатость поверхности оправки и повышают механические свойства полуфабриката за счет деформационного упрочнения материала.

Для придания полуфабрикату несимметричной формы в полученной тонкостенной осесимметричной оболочке удаляют технологический фланец и производят упруго-пластическое деформирование полуфабриката в специальном зажимном приспособлении с помощью «хомута» (фиг.4), имеющего рабочую поверхность, соответствующую по размерам и форме готовому изделию. При этом оболочка приобретает овальную форму в плане с различными радиусами овала. Для жесткой фиксации требуемой формы оболочки производят сварку ее внешнего контура с кольцом, размеры и форма которого соответствуют размерам и форме готовой несимметричной оболочки с фланцем (фиг.5). Готовое изделие удаляют из специального зажимного приспособления.

Рассмотрим пример реализации предлагаемого способа при изготовлении детали «Чаша».

Деталь «Чаша», форма которой дана на фиг.1, является тонкостенной несимметричной оболочкой двойной кривизны с фланцем. Одна часть имеет форму усеченного конуса с углом 37°, который плавно переходит в оживальную форму с радиусом оживала R=205,7 мм. Длина детали по образующим различна и имеет фланец несимметричный в плане формы. В качестве заготовки используют листовой материал в форме круга диаметром 400 мм и толщиной 1 мм из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. В заготовке растачивают технологическое отверстие необходимого диаметра. Для создания установочной базы при дальнейшем формоизменении заготовки ротационной вытяжкой предварительно производят неглубокую вытяжку с образованием усеченного конуса диаметром 52 мм, высотой 5 мм и углом 37°. Для формоизменения заготовки используют специализированный раскатной станок с роликовым инструментом. Заготовку устанавливают на оправке сложной формы двойной кривизны и фиксируют по технологическому отверстию и конусному выступу, полученному после штамповки. В процессе ротационной вытяжки с утонением роликовый инструмент перемещают от меньшего диаметра к большему и воздействуют на заготовку с соблюдением закона синуса по углу 37°, утоняют стенку до 0,6 мм (фиг.2). После формообразования конического участка и продольного перемещения инструмента на 0,5 0,75 величины технологического хода (на 140 150 мм) процесс ротационной вытяжки останавливают и подрезают края фланца заготовки для устранения фестонов, образовавшихся в процессе формоизменения и возникшего эксцентриситета относительно оси вращения (фиг.2). Формоизменение заготовки по оживальной части оправки радиусом R=205,7 мм осуществляют путем давильных переходов, позволяющих получить участок оживальной формы радиусом R=205,7 мм и толщиной стенки 0,6 мм. При этом на заключительном давильном переходе, на краю заготовки получают технологический фланец шириной 0,03×290=9 15 мм (фиг.3). Для последующего крепления оболочки к патрубку изготавливают установочную базу в вершине конического участка путем отбортовки и получения борта конической формы с углом конусности 37°. При этом толщина конусного участка борта соответствует первоначальной толщине заготовки, равной 1 мм, а высоту борта с 5 мм в процессе отбортовки увеличивают примерно до 15 мм. В дальнейшем для придания полуфабрикату несимметричной формы удаляют технологический фланец, устанавливают полуфабрикат в специальном приспособлении и упруго-пластически деформируют с помощью «хомута», имеющего форму и размеры готовой детали в плане. В рассматриваемом примере деталь в плане имеет овальную форму с различными радиусами R 1 =127 мм и R 2 =140 мм. Получение заданных высот по образующим оболочки обеспечивают ориентацией «хомута» относительно большего основания полуфабриката под углом 4°. В результате следующей технологической операции обрезают излишки металла для обеспечения требуемой длины различных участков детали вдоль образующих. Для придания жесткости несимметричной по форме оболочке изготавливают кольцо несимметричной формы по размерам, соответствующим чертежу на готовую деталь с фланцем. Кольцо изготавливают из стали 12Х18Н10Т толщиной 1,2 мм, базируют по краю оболочки и приваривают к ней. Готовую деталь удаляют из специального зажимного устройства, имея форму и размеры, соответствующие чертежу. Деталь готова для дальнейшей сборки с другими деталями узла.

Предлагаемый способ получения несимметричных тонкостенных оболочек с фланцем методом ротационной вытяжки позволяет повысить эксплуатационные характеристики оболочки за счет улучшения качества поверхности, устранить сварные швы в оживальной части, повысить прочность материала на 40 50% и снизить металлоемкость изделия на 0,3 кг, при этом трудоемкость изготовления изделия снижают за счет исключения слесарных доводочных работ.

Первые опытные образцы изделий с применением предлагаемого способа изготовлены и проходят испытания.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ изготовления тонкостенных несимметричных оболочек двойной кривизны с фланцем, включающий установку листовой заготовки на вращающуюся оправку оживальной формы, формоизменение заготовки ротационной вытяжкой по закону синуса путем воздействия на заготовку давильным инструментом, перемещаемым относительно оси оправки от меньшего диаметра к большему и установленным с зазором относительно последней, отличающийся тем, что при достижении перемещения давильного инструмента 0,5 0,75 величины технологического хода выравнивают резцом края фланца заготовки, осуществляют многопереходную давильную обработку оставшегося участка заготовки по форме, обеспечивающей соблюдение закона синуса с образованием фланца шириной 0,05 0,10 от наибольшего диаметра оживальной части оболочки, придают оболочке несимметричную форму, отрезают фланцевый участок, соединяют краевой участок несимметричной оболочки с кольцом-фланцем, совпадающий с ним по размеру и форме.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для придания несимметричной формы деформируют заготовку зажимным приспособлением.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отрезают фланцевый участок под углом 4°.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что соединяют краевые участки оболочки и кольца-фланца путем сварки.