Термическое воздействие тока характеризуется нагревом кожи и тканей до высокой температуры вплоть до ожогов.

Электролитическое воздействие заключается в разложении органической жидкости, в том числе крови, и нарушении ее физико-химического состава.

Механическое действие тока приводит к расслоению, разрыву тканей организма в результате электродинамического эффекта, а также мгновенного взрывоподобного образования пара из тканевой жидкости и крови. Механическое действие связано с сильным сокращением мышц вплоть до их разрыва.

Биологическое действие проявляется в раздражении и возбуждении живых тканей и сопровождается судорожными сокращениями мышц.

Световое действие приводит к поражению слизистых оболочек глаз.

6. В результате повышенной пульсации светового потока возникает напряжение на глазах, усталость, трудность сосредоточения на сложной работе, головная боль.

7. Острые кромки, заусеницы и шершавость на поверхностях заготовок в следствие полимеризации смолы способны оказать ранение, приводящее к временной нетрудоспособности человека.

8. Эпоксидная смола, отвердители и порошки на основе эпоксидной смолы вызывают раздражение дыхательных путей, раздражение глаз, сопровождающееся покраснением, опуханием и болью, аллергическое раздражение кожи, сопровождающееся покраснением, опуханием и сыпью.

9. Статические перегрузки приводят к развитию гиподинамии - нарушению функций организма (опорно-двигательного аппарата, кровообращения, дыхания, пищеварения и др.) при ограниченной двигательной активности, снижении сил сопротивления мышц.

10. Монотонная работа отрицательно сказывается на эффективности производства: ухудшаются экономические показатели, повышается аварийность, травматизм, растет текучесть кадров.

4.1.4 Мероприятия по предупреждению, предотвращению или уменьшению возможного воздействия опасных и вредных производственных факторов на работающих

Для предупреждения, предотвращения и уменьшения возможных воздействий опасных и вредных производственных факторов на работающих предлагаются следующие мероприятия:

1. Движущиеся части производственного оборудования должны быть ограждены или расположены так, чтобы исключалась возможность прикасания к ним работающего. Если функциональное назначение движущихся частей, представляющих опасность, не допускает использование ограждений или других средств, исключающих возможность прикасания работающих к движущимся частям, то конструкция производственного оборудования должна предусматривать сигнализацию, предупреждающую о пуске оборудования, а также использование сигнальных цветов и знаков безопасности.

В непосредственной близости от движущихся частей, находящихся вне поля видимости оператора, должны быть установлены органы управления аварийным остановом (торможением), если в опасной зоне, создаваемой движущимися частями, могут находиться работающие.

2. Снижение шума звукоизоляцией: шумоизлучающий объект или несколько наиболее шумных объектов располагаются отдельно, изолировано от основного, менее шумного помещения звукоизолированной стеной или перегородкой. Звукоизоляция также достигается путем расположения наиболее шумного объекта в отдельной кабине. При этом в изолированном помещении и в кабине уровень шума не уменьшится, но шум будет влиять на меньшее число людей. Звукоизоляция достигается также путем расположения оператора в специальной кабине, откуда он наблюдает и руководит технологическим процессом.

Если невозможно уменьшить шум, действующий на работников, до допустимых уровней, то необходимо использовать средства индивидуальной защиты (наушники).

3. Для защиты от вибрации применяются средства индивидуальной защиты - виброгасящие рукавицы.

4. В качестве защиты от воздействия электрического тока руководствуются следующими мероприятиями: применение безопасного напряжения (трансформаторов), контроль изоляции электрических проводов, исключение случайного прикосновения к токоведущим частям (переносные щиты), устройство защитного заземления и зануления, использование средств индивидуальной защиты (диэлектрические перчатки, инструмент с изолированными ручками, диэлектрические галоши, коврики, диэлектрические подставки).

5. Применение электронных пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА) помогает решить проблему ограничения пульсации освещенности. Преобразуя ток питания ламп из 50Гц в высокочастотный, ЭПРА снижают коэффициент пульсации до величины менее 1%.

6. В качестве защиты от острых кромок и шершавости на поверхностях заготовок предусмотрены средства индивидуальной защиты - хлопчатобумажные перчатки.

7. В качестве защиты от воздействия эпоксидной смолы, порошков и отвердителей на основе эпоксидной смолы предусмотрены средства индивидуальной защиты - полипропиленовый защитный комбинезон, защитные маски, одноразовые защитные виниловые перчатки (рекомендуется надевать на хлопковые).

8. При воздействии статических перегрузок рекомендуется изменять рабочую позу в процессе работы, проводить производственную гимнастику с рациональным комплексом физических упражнений и т.п.

9. Для уменьшения влияния монотонности на рабочих необходимо осуществлять перевод работающих с одной на другую производственную операцию, применять оптимальные режимы труда и отдыха в течение рабочего дня (рабочей смены): назначать короткие дополнительные перерывы для отдыха всей смены (бригады) или отдельного работающего в удобное для него время (целесообразны частые, но короткие перерывы), осуществлять эстетичность производства и функциональное музыкальное оформление производственного процесса.

10. Для предотвращения воздействия повышенной запыленности предусматриваются средства индивидуальной защиты (комбинезоны, защитные маски для защиты органов дыхания, защитные очки для защиты органов зрения от попадания твердых частиц при механической обработке).

Проведение предварительных и периодических медицинских осмотров для своевременного выявления ранних стадий заболеваний и предупреждения их развития.

Снижение уровня запыленности воздуха рабочей среды путем применения местной системы вентиляции - вытяжных панелей.

На производственном участке «Фюзеляж» изделия изготавливаются путем формования с применением композиционных материалов и эпоксидной смолы. Температура нагреваемой поверхности смолы составляет 50°С. Приготовление смеси связующего (смола + отвердитель) осуществляется на участке на столе для приготовления смеси связующего, при этом площадь рабочей поверхности составляет (1,5 x 1,0) м².

При нагревании смолы происходит ее разложение с образованием вредных веществ (эпихлоргидрина и толуола). Эти вещества в паро- и газообразной фазе, а также пары отвердителя обладают общетоксическим действием. Поэтому на производственном участке предусмотрена местная система вентиляции.

Местная вытяжная вентиляция применяется для удаления вредных веществ непосредственно от источника их образования.

Основные требования, определяющие выбор оптимального вытяжного устройства: максимальное улавливание вредных веществ при минимальном расходе удаляемого воздуха, а также оценка годовых затрат на эксплуатацию того или иного типа вытяжного устройства.

Расчет производительности вытяжных устройств

1. Вытяжные зонты служат для улавливание потоков вредных веществ, направленных вверх, и пепла.

Производительность вытяжного зонта находится по выражению:

м³/ч;

где - количество воздуха, подтекающего к зонту с конвективной струей, м³/ч;

- площадь сечения зонта, м²;

,

где - площадь горизонтальной поверхности источника, м²;

z - расстояние от нагретой поверхности до воздухоприемного сечения зонта;

- количество тепла, выделяемого источником путем конвекции, Вт, которое определяется выражением:

где - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²°С);

- температура нагретой поверхности смолы, °С;

- температура воздуха в помещении, °С;

( Вт/(м²°С))

(Вт).

Тогда

Таким образом производительность вытяжного зонта будет равна:

2. Вытяжные панели - используют для удаления увлекаемых конвективными потоками вредных веществ.

Производительность вытяжной панели находится по выражению:

Здесь с - коэффициент, зависящий от конструкции панели и ее расположения относительно источника тепла:

где l - максимальное удаление источника вредных выделений от панели, м. Принимаем l =0,9 м.

Н - расстояние от верхней плоскости источника до центра всасывающих отверстий панели, м. Принимаем Н=0,6 м.

В - ширина источника, м. Принимаем В =1 м.

Исходя из этого, найдем коэффициент с:

- количество тепла, выделяемого источником путем конвекции, Вт, которое определяется выражением:

где - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²°С);

- температура нагретой поверхности смолы, °С;

- температура воздуха в помещении, °С;

( Вт/(м²°С))

Тогда (Вт).

Определим производительность вытяжной панели:

3. Вытяжные шкафы обеспечивают наиболее полное укрытие источника вредных выделений и используются во всех случаях, когда позволяют условия производства.

Производительность шкафа с верхним удалением воздуха при наличии тепловыделений находится по выражению:

где h - высота рабочего проема шкафа, м;

h = 0,4…0,6 (м), принимаем h=0,5 м;

F - площадь рабочего проема, м²; F = 2,7 м²;

- количество тепловыделений в шкафу, идущих на нагрев в нем воздуха, Вт;

принимаем

- количество тепла, выделяемого источником путем конвекции, Вт, которое определяется выражением:

где - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²°С);

- температура нагретой поверхности смолы, °С;

- температура воздуха в помещении, °С;

( Вт/(м²°С))

Тогда (Вт);

Таким образом

Расчет годовых затрат на электроэнергию

1. Годовые затраты на электроэнергию вытяжного зонта определяются по выражению:

где - тариф на электроэнергию, грн./(кВтч).

грн./(кВтч);

- продолжительность работы вентиляционной установки, м³/ч.

ч/год.

- производительность вентиляционной установки, м³/ч.

м³/ч;

- часть давления, развиваемого вентилятором, которое расходуется на преодоление потерь в вытяжном устройстве:

где - коэффициент местного сопротивления вытяжного устройства. Для вытяжного зонта =1,13;

- динамическое давление. Отнесенное к сечению в месте соедине-ния вытяжного устройства с воздуховодом, Па;

V - скорость движения воздуха в воздуховоде, м/с. Принимаем V=4 м/с;

- плотность воздуха (=1,2кг/м³);

, - коэффициенты полезного действия вентилятора и передачи (принимаем соответственно 0,5 и 0,95).

Тогда

Определим затраты на электроэнергию:

2. Годовые затраты на электроэнергию вытяжной панели определяются по выражению:

где - тариф на электроэнергию, грн./(кВтч).

грн./(кВтч);

- продолжительность работы вентиляционной установки, м³/ч.

ч/год.

- производительность вентиляционной установки, м³/ч.

м³/ч;

- часть давления, развиваемого вентилятором, которое расходуется на преодоление потерь в вытяжном устройстве:

где - коэффициент местного сопротивления вытяжного устройства. Для вытяжной панели =1,35;

- динамическое давление. Отнесенное к сечению в месте соедине-ния вытяжного устройства с воздуховодом, Па;

V - скорость движения воздуха в воздуховоде, м/с. Принимаем V=4 м/с;

- плотность воздуха (=1,2кг/м³);

, - коэффициенты полезного действия вентилятора и передачи (принимаем соответственно 0,5 и 0,95).

Тогда

Определим затраты на электроэнергию:

3. Годовые затраты на электроэнергию вытяжного шкафа определяются по выражению:

где - тариф на электроэнергию, грн./(кВтч).

грн./(кВтч);

- продолжительность работы вентиляционной установки, м³/ч.

ч/год.

- производительность вентиляционной установки, м³/ч.

м³/ч;

- часть давления, развиваемого вентилятором, которое расходуется на преодоление потерь в вытяжном устройстве:

где - коэффициент местного сопротивления вытяжного устройства. Для вытяжного шкафа =0,9;

- динамическое давление. Отнесенное к сечению в месте соедине-ния вытяжного устройства с воздуховодом, Па;

V - скорость движения воздуха в воздуховоде, м/с. Принимаем V=4 м/с;

- плотность воздуха (=1,2кг/м³);

, - коэффициенты полезного действия вентилятора и передачи (принимаем соответственно 0,5 и 0,95).

Тогда

Определим затраты на электроэнергию:

Для производственного участка по изготовлению композитного фюзеляжа и его составных частей из КМ наиболее приемлемой по экономическим соображениям является система местной вытяжной вентиляцией - вытяжной шкаф, производительностью м³/ч и годовыми затратами на электроэнергию =

4.2 Безопасность в чрезвычайных ситуациях

4.2.1 Анализ возможных чрезвычайных ситуаций на производственном объекте

На данном производственном объекте существует вероятность возникновения следующих чрезвычайных ситуаций техногенного характера:

1. ЧС вследствие аварии на транспорте с выбросом (угрозой выброса) ОХВ (10113);

2. ЧС вследствие аварии на транспорте с угрозой разлива ГСМ (10114).

3. ЧС вследствие аварии автомобильного транспорта на дорогах общего пользования (10161).

4. ЧС вследствие пожара, взрыва в здании, на коммуникации или технологическом оборудовании промышленного объекта (10211).

5. ЧС вследствие пожара, взрыва на других видах транспорта (10234).

6. ЧС вследствие аварии с выбросом (угрозой выброса), образованием и распространением опасных химических веществ при их выработки, переработки или хранении (захоронении) (10310).

7. ЧС вследствие наличия в атмосферном воздухе вредных (загрязняющих) веществ сверх ПДК (10421).

8. ЧС вследствие разрушения здания или сооружения производственного назначения (10620).

9. ЧС вследствие аварии в электрических сетях (10760).

10. ЧС вследствие аварии в канализационной системе со сбросом загрязняющих веществ (10810).

11. ЧС вследствие аварии в тепловых сетях (системах горячего водоснабжения) в холодное время года (10820).

12. ЧС вследствие аварии в системах обеспечения населения питьевой водой (10830).

На участке изготовления фюзеляжа и его составных частей существует вероятность возникновения таких ЧС техногенного характера:

1. Пожары и взрывы, источниками которых могут быть искры, образующиеся при коротких замыканиях, и нагревания участков электросетей и электрооборудования, возникающие при их перегрузках или при появлении больших переходных сопротивлений, тепло, выделяющееся при возгорании смолы.

2. Аварии на системах жизнеобеспечения: поломка вентиляционной системы и системы электроснабжения.

4.2.2 Мероприятия по предотвращению вероятности возникновения чрезвычайных ситуаций на участке изготовления фюзеляжа

Для уменьшения вероятности возникновения ЧС на рассматриваемом производственном участке предлагаются следующие мероприятия:

Организационными мероприятиями обеспечиваются заблаговременная разработка и планирование действий органов управления, сил и средств, всего персонала объектов при угрозе возникновения и возникновении ЧС.

Такие мероприятия включают:

1) прогнозирование последствий возможных ЧС и разработку планов действий, учитывая весь комплекс работ в интересах повышения устойчивости функционирования объекта;

2) создание и оснащение центра аварийного управления объекта и локальной системы оповещения;

3) подготовку руководящего состава к работе в ЧС;

4) создание специальной комиссии по устойчивости и организацию ее работы;

5) разработку инструкций (наставлений) по снижению опасности возникновения аварийных ситуаций, безаварийной остановке производства, локализации аварий и ликвидации последствий, а также по организации восстановления нарушенного производства;

6) обучение персонала соблюдению мер безопасности, порядку действий при возникновении чрезвычайных ситуаций, локализации аварий и тушению пожаров, ликвидации последствий и восстановлению нарушенного производства;

7) подготовку сил и средств локализации аварийных ситуаций и восстановления производства;

8) подготовку эвакуации населения из опасных зон;

9) определение размеров опасных зон вокруг потенциально опасных объектов;

10) проверку готовности систем оповещения и управления в ЧС;

11) организацию медицинского наблюдения и контроля за состоянием здоровья лиц, получивших различные дозы облучения.

Инженерно-техническими мероприятиями осуществляется повыше-ние физической устойчивости зданий, сооружений, технологического оборудования и в целом производства, а также создание условий для его быстрейшего восстановления, повышения степени защищенности людей от поражающих факторов ЧС. К ним относятся:

1) создание на всех опасных объектов системы автоматизированного контроля за ходом технологических процессов, уровней загрязнения помещений и воздушной среды цехов опасными веществами и пылевыми частицами;

2) создание локальной системы оповещения о возникновении ЧС персонала объекта, населения, проживающего в опасных зонах (радиационного, химического и биологического заражения, катастрофического затопления и т.п.);

3) противопожарные мероприятия;

4) сокращение запасов и сроков хранения взрыво-, газо- и пожароопасных веществ, обвалование емкостей для хранения, устройство заглубленных емкостей для слива особо опасных веществ из технологических установок;

5) безаварийная остановка технологически сложных производств.

Специальными мероприятиями достигается создание благоприятных условий для проведения успешных работ по защите и спасению людей, попавших в опасные зоны, и быстрейшей ликвидации ЧС и их последствий. Такими мероприятиями является регулярное проведение учений и тренировок по действиям в ЧС с органами управления, формированиями, персоналом организаций.

На производственном участке необходимо производить постоянный надзор за эксплуатацией электроинструментов и электросетей, предусмотреть оборудование эффективной вентиляции, исключающей возможность образования в помещении взрывоопасной смеси, запретить хранение, транспортирование и содержание на рабочих местах огнеопасных жидкостей и растворов в открытых емкостях, запретить курение в неположенных местах, своевременно удалять обтирочные материалы и огнеопасные производственные отходы в специально отведенные для этого места, изолировать самовозгорающиеся вещества от других веществ и материалов, выполнять правила безопасного их хранения и систематически контролировать состояния этих веществ.

Рассчитаем возможность возникновения и последствия наиболее вероятной ЧС - пожар на участке «Фюзеляж» вследствие курения в неположенном месте (возле стола приготовления связующего).

Зону горения первичного пожара прогнозируем в форме круга с центром в месте расположения центра возгорания и радиусом, который определяется по формуле:

где Q_общ - общая масса горючего вещества, кг;

Q_общ = 5 кг;

с - плотность горючего вещества (спирт), кг/м³;

с=1200 кг/м³;

Н_слоя - толщина слоя горючего вещества, м;

Н_слоя =0,005 м.

Тогда

Определим радиусы зоны сплошных пожаров и зоны отдельных пожаров:

,

,

где R_{спл.пож} и R_{отд.пож} - радиусы концентрических кругов, в которые вписываются внешние границы зон сплошных и отдельных пожаров;

Н_Тконкр - теплообразовательная способность эпоксидной смолы, Дж/кг;

Н_Тконкр = 58 10⁶ Дж/кг;

Т_сгор - срок сгорания запасов эпоксидной смолы, с.

где Н_слоя - глубина слоя разлитого горючего вещества (мм);

Н_слоя =5 мм;

V_лин - линейная скорость сгорания горючего вещества (мм/с);

V_лин =0,064 мм/с.

Тогда получим:

Таким образом:

Потери основных производственных фондов рассчитываются по следующей формуле:

Определим величину общих () потерь производственного персонала (населения) по формуле:

где - общие потери людей в случае возникновения пожара;

- количество людей, которые в момент возникновения пожара работают на открытой местности в пределах зон возможного пожара;

Таким образом

Определим величину санитарных () потерь производственного персонала (населения) по формуле:



где - общие потери людей в случае возникновения пожара;

Тогда:

Определим величину возможных убытков в результате исследуемой ЧС по формуле:

Для профилактики пожара чрезвычайно важна правильная оценка пожароопасности здания, определение опасных факторов и обоснование способов и средств пожаропредупреждения и защиты.

Карта ожидаемой пожарной обстановки, которая может возникнуть на производственном участке приведена на рисунке 4.2.

Карта ожидаемой пожарной обстановки, которая может возникнуть на производственном участке «Фюзеляж»

Первичный поражающий фактор - тепловое излучение пожара

Потери ОПФ ? 22,35МЗП

М общ. ? 6

М сан. ? 6

Убытки ? 131,55 МЗП

Уровень ЧС - объектный

4.2.3 Мероприятия по уменьшению или ослаблению степени воздействия поражающих факторов

К основным мероприятиям по уменьшению степени воздействия поражающих факторов относятся:

1) локализация аварийной ситуации, тушение пожаров;

2) ликвидация последствий аварии и восстановление нарушенного производства;

3) дублирование источников энергоснабжения;

4) защита водоисточников и контроль качества воды;

5) герметизация складов и холодильников в опасных зонах;

6) защита наиболее ценного и уникального оборудования;

7) накопление средств индивидуальной защиты органов дыхания и кожи;

8) обеспечение герметизации помещений в жилых и общественных зданиях, расположенных в опасных зонах.

На производственном участке все источники пожарной опасности в загрязненной зоне должны быть выключены, а помещение проветрено. Небольшие количества пролитой жидкости можно собрать тканью или бумагой, а затем позволить им испариться в безопасном месте, например в химическом вытяжном шкафу. В места, где хранилась эпоксидная смола, должен быть запрещен доступ персонала без выполнения соответствующих процедур, разработанных для определения отсутствия токсичных или взрывоопасных концентраций этого соединения.

Производственные помещения обязательно должны быть оснащены средствами пожаротушения: углекислотными, воздушно-пенными, порошко-выми огнетушителями; пожарным инвентарем (ткань асбестовая, песочницы, шкафы пожарных кранов).

Выводы

В данном разделе проанализированы опасные и вредные производственные факторы, последствия их воздействия на организм работающих, разработаны мероприятия по предупреждению и ослаблению возможного воздействия этих факторов.

Для данного производственного участка подобрана и рассчитана местная система вентиляции - вытяжные панели, определены ее основные показатели - производительность и годовые затраты на электроэнергию.

Произведен анализ возможных чрезвычайных ситуаций техногенного характера. Рассчитана возможность возникновения и последствия наиболее вероятной ЧС - пожар на участке «Фюзеляж» вследствие курения в неположенном месте (возле стола приготовления связующего). На основании расчета определены очаги зон сплошных и отдельных пожаров, разработаны мероприятия по предотвращению и ослаблению воздействия возможных ЧС.

5. СПЕЦИАЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ

5.1 Анализ дефектов тонкостенных деталей трубопроводов, полученных гидродинамической штамповкой

5.1.1 Особенности конструкций трубопроводов воздушных систем самолетов

Конструкция высокоресурсного трубопровода включает в себя большое количество унифицированных элементов, образующих неподвижные (сварные) и ограниченно-подвижные соединения, компенсирующие угловые и линейные перемещения. Набор элементов позволяет получить трубопровод любой конфигурации с предельно ограниченным количеством специальных деталей. Данные детали или их составные части представляют собой оболочки вращения средних размеров (до 300 мм). Они в основном используются в качестве различного рода законцовок трубопроводов гидравлических и пневматических систем, уплотнительных колец, кожухов камер сгорания и газовоздушных трактов двигателя, элементов неразъемных соединений типа лист на лист, лист на массив, массив на массив и др.

К рассматриваемым деталям предъявляются повышенные требования по точности форм и размеров как по условиям эксплуатации, так и с точки зрения стыковки с другими деталями, например для законцовок трубопроводов. Жесткие требования к точности стыкуемых поверхностей предъявляет и сборка под сварку, т.к. отклонения в размерах приводят к возникновению недопустимых монтажных напряжений, являющихся причиной возникновения трещин, снижения уровня надежности и ресурса. Классификационная схема унифицированных высокоточных элементов трубопроводов воздушных систем современного транспортного самолета представлена на рис 1.1.

Получение точных деталей, удовлетворяющих требованиям малых допусков чертежа, возможно при реализации силового воздействия на заготовку, превышающего предел текучести деформируемого материала.

Выбор способа формообразования и калибровки деталей зависит от их размеров и геометрии, величины проштамповки и переходных радиусов, материала заготовки, объема выпуска и технологических возможностей производства.

Широкое применение в конструкциях трубопроводов противооб-леденительной системы (ПОС) и системы кондиционирования воздуха (СКВ) жаростойких и нержавеющих сталей, титановых и других сплавов, имеющих высокие прочностные, но низкие технологические свойства, привели к значительному росту потребных для деформирования усилий.

Проблемой, существенно затрудняющей изготовление унифицированных элементов, является невысокая точность поставляемых промышленностью цельнотянутых труб.

5.1.2 Статические методы изготовления элементов трубопроводов

Известный способ изготовления элементов трубопроводов течением из прутка или толстостенной трубы нельзя считать допустимым для авиационных конструкций. Кроме малой производительность процесса и присущим ему низким коэффициентом использования металла (а производительность процесса еще более снижается и затраты на инструменты и приспособления растут при изготовлении тонкостенных и особотонкостенных деталей) резко падают эксплуатационные качества деталей. Исследования полученных этим методом деталей, показало, что ресурс их не соответствует минимально допустимым нормам. Перерезание волокон проката резко снижает упругость деталей и их усталостную прочность. Поэтому естественно заменить обработку резанием штамповкой листовых трубчатых заготовок.

Наиболее широко используется способы получения деталей из пространственных заготовок традиционными технологическими процессами: формообразование на прессах с разжимными пуансонами, ротационно-радиальной раздачей или обжимом, изготовлением деталей термоформовкой, статической штамповкой резиной и жидкостью. В последние годы все большее применение находят высокоэнергетические процессы импульсной металлообработки.

Формообразование на прессах с разжимными пуансонами. Сущность процесса заключается в пластическом деформировании заготовки или ее поясов радиальной растяжкой материала разжимными пуансонами, при осевом перемещении внутри них конуса. Для деталей рассматриваемых габаритных размеров процесс осуществляется на обычных прессах на штампах с разжимными пуансонами. Этим способом получают детали с плавным изменением формы. Основными недостатками формообразования разжимными пуансонами являются: низкая точность деталей вследствие их огранки, сложность оснастки, большое число переходов, использование многопереходных штампов, ограниченность применения способа для изготовления деталей сложных пространственных форм.

Ротационно-радиальное профилирование и калибровка кольцевых деталей осуществляется путем непрерывного вращения цилиндрической заготовки относительно деформирующих и профилирующих роликов, равномерно расположенных по окружности и радиально воздействующих на заготовку. Необходимый профиль деталей формируется парами сопряженных профилирующих роликов, а размер, а размер детали по диаметру достигается радиальной раздачей заготовки. Этот способ характеризуется более высокой точностью, чем предыдущий, обладает более широкими технологическими возможностями. Но на ряду с этим, он имеет ряд существенных недостатков, которые в специфических условиях авиастроения становятся превалирующими. Это прежде всего, снижение вибропрочности деталей из-за нарушения сплошности волокон, вызванного сдвиговыми деформациями, невысокое качество поверхности из-за последовательного пластикового деформирования участков заготовки, низкая производительность процесса, невозможность получения переходных радиусов, соизмеримых с толщиной материала, трудности изготовления деталей малых габаритов ( менее 50...30 мм).

Изготовление деталей термоформовкой. Этот способ используется для калибровки деталей с прямолинейными образующими. Сущность процесса заключается в следующем. Заготовка-обечайка устанавливается на оправку, имеющую эквидистантную внутренней поверхности детали форму и выполненную из материала с коэффициентом линейного расширения, большим нежели у материала заготовки. Оправка и заготовка совместно нагреваются. Так как диаметр оправки увеличивается больше, то она, растягивая обечайку, придает ей свою форму. После выдержки, необходимой для структурной стабилизации, оправка и деталь совместно охлаждаются. Рассматриваемый способ, обладая высокими точностными возможностями, является низко-производительным, для целого ряда материалов требует проведения его в нейтральной среде или вакууме. Негативными сторонами его являются также большая энергоемкость многопереходность, а соответственно и потребления количества оправок, стойкость которых не высока. Так, стойкость оправки из стали 20 составляет всего 150...200 нагревов.

Статическая штамповка резиной и жидкостью обладает тем преимуществом, что для осуществления процесса деформирования необходим только один инструмент: матрица или пуансон. Ответная часть штампа, имея возможность изменять форму, позволяет получать детали пространственных форм, содержащие сужающиеся выходные сечения, затененные зоны, поднутрения. Технологические процессы формообразования легко поддаются механизации и автоматизации. Ограниченное применение штамповки резиной и жидкостью объясняется трудностью формовки участков, с малыми радиусами кривизны, особенно при изготовлении деталей из высокопрочных и труднодеформируемых материалов; невозможностью создания на поверхности заготовки поля давления, близкого к потребному, следовательно - снижение коэффициента полезного действия (к.п.д.) оборудования и далеко не полное использование его энергоемкости. Кроме того, резина имеет не при больших степенях деформации, невысокостойкость; использование же жидкостных передающих сред влечет большие трудности с созданием высокого уровня давлений и проблемой уплотнений формующей полости.

Рассмотренные способы получения деталей из трубчатых заготовок требуют также выполнения ручных доводочных робот, которые по трудоемкости для деталей сложной конфигурации зачастую являются основными.

5.1.3 Высокоэнергетические импульсные методы обработки. Гидродинамическая штамповка

Использование импульсных процессов штамповки показало их большие технологические возможности. Практически неограниченный энергетический потенциал, высокая точность деталей, возможность получения сложных форм с переходными радиусами, соизмеримыми с толщиной заготовки, в том числе и из высокопрочных и труднодеформи-реемых материалов, простота и экономичность обусловили значительный интерес, проявляемый технологами к импульсным методам. Их область применения в металлообработки расширяется с каждым годом.

К импульсным высокоэнергетическим методам обработки следует отнести штамповку взрывом бризантных взрывчатых веществ, детонаци-онно-газовую, магнитно импульсную, электрогидравлическую или ударную штамповку.

Штамповка взрывом бризантных взрывчатых веществ применяется в основном для получения крупногабаритных деталей, когда существующее прессовое оборудование не может обеспечить их изготовления. Низкий требуемый уровень механизации, невысокие затраты на оборудование и оснастку, универсальность оборудования определили целесообразность взрывной штамповки при небольших объемах производства.

Другие методы импульсной металлообработки более легко поддаются механизации, но при использовании этих прогрессивных методов проявляются недостатки, которые ограничивают область их применения:

- сравнительно невысокий уровень реализуемого при детонационно-газовой штамповке давления позволяет использовать ее для обработки тонколистовых материалов с относительно невысокими прочностными характеристиками (АМг-2М, Д-16АМ и др.);

- применение метода магнитно импульсной обработки сдерживает недостаточная стойкость индукторов и непригодность его для формообразования сложных трубчатых деталей из материалов с низкой электропроводностью, например, из титановых сплавов;

- электродинамическом обработке свойственны значительный расход электрической энергии и габариты накопителя, недостаточная стойкость электродной системы, и особенно, при штамповке на максимальных зарядах.

Появление гидроударного метода обработки сделало реальной задачу создания новой технологии, поскольку устранило главную трудность гидроштамповки - необходимость уплотнения системы "пресс-штамп-заготовка" и дало возможность активно управлять внешней нагрузкой в широком диапазоне как по величине амплитудного давления, так и по длительности. В настоящее время создана гамма установок для гидроударной обработки, отличающихся в основном источником разгона снаряда, генерирующего в передающей среде волну давления (порох, сжатый воздух, гидродинамический привод, горючие газовые смеси). Среди многообразия гидроударных установок выделяются своими положительными качествами установки с пороховым энергоносителем, известные как пресс-пушки для гидродинамической штамповки. Наряду с такими общими достоинствами, как универсальность, легкая переналадка, высокий уровень механизации и автоматизации, соответствие уровню оптимальной ковочной машины по обобщенным критериям для кузнечно-прессового оборудования современного производства, они обладают большой энерговооруженностью, следовательно и большими технологическими возможностями, а установки типа ПП-2 имеют полную автономность.

5.1.4 Принципы работы и описание гидродинамической штамповки

Гидродинамическая штамповка основана на деформировании заготовки импульсом давления жидкости, по которой наносится удар твердым телом - поршнем, разогнанным до скорости 30...250 м/с в цилиндрическом гладком стволе энергией сжатого газа, полученного в рабочей камере тем или иным способом (например, при горении пороха или другого энергоносителя). Схема организации рабочего процесса позволяет регулировать внешнюю нагрузку по величине располагаемой энергии поршня, т.е. по скорости его соударения с жидкостью (рис 1.2).

Разработка процессов и оборудования гидродинамической штамповки на пресс-пушках сделало реальной задачу создания новой технологии, поскольку устраняло главную трудность-необходимость герметизации гидростатической камеры, находящейся под высоким давлением, необходимым для получения точных деталей. Разработанные пресс-пушки обладают возможностью широкого варьирования величиной и временем нагружающего импульса, высокой удельной энергоемкостью, большим диапазоном осуществляемых техпроцессов, легкой переналадкой и высокой производительностью, технологической универсальностью.

5.1.5 Задачи

1. Ознакомиться с особенностями конструкций трубопроводов воздушных систем самолетов

2. Рассмотреть статические методы изготовления элементов трубопровода. Наиболее широко используется способы получения деталей из пространственных заготовок традиционными технологическими процессами: формообразование на прессах с разжимными пуансонами, ротационно-радиальной раздачей или обжимом, изготовлением деталей термоформовкой, статической штамповкой резиной и жидкостью, высокоэнергетические импульсные методы обработки.

3. Проанализировать дефекты тонкостенных деталей трубопроводов, полученных гидродинамической штамповкой. Рассмотреть приемы интенсификации калибровочных процессов импульсной металлообработки, основанные на управлении напряженным состоянием материала трубчатой заготовки: способ принудительной подачи материала торцов заготовки в зону деформирования, применения отражателей (центральных тел), принцип гидродинамической мультипликации давления.

4. Рассмотреть практические рекомендации основанные на выполненных теоретических и экспериментальных исследованиях по управлению амплитудно-временными характеристиками импульса внешней нагрузки в гидравлической камере пресс-пушки, по интенсификации процесса пластического деформирования, по улучшению, модернизации существующих конструкций установок для целей калибровки и рельефной формовки.

5. Привести примеры исследований влияния: давления в ГК на величину остаточного отклонения детали, массы поршня на величину остаточного отклонения детали, исходного зазора на величину остаточного отклонения, величины заряда пороха на величину остаточного отклонения

6. Изучить способы интенсификации процесса деформирования заготовок методом ГДШ на пресс-пушках:

- штамповка с применением присоединенных масс (ПМ)

- штамповка с применением полостных вставок (ПВ)

5.2 Анализ дефектов тонкостенных деталей трубопроводов, полученных гидродинамической штамповкой

Одной из основных причин, осложняющих интенсивное развитие в области гидродинамической штамповки, является малая изученность динамических процессов, происходящих в энерготехнологических уздах установок, отсутствие достаточно полных методик расчета параметров процессов и прочностных показателей штамповой оснастки. Это приводит к появлению дефектов при штамповке деталей.

Основная роль в достижении высокой точности при гидродинамической калибровке деталей из труднодеформируемых материалов отводится носителю формы - штамповой оснастке. Технологическая зона гидроударных установок ствольного типа оснащена устройствами, позволяющими использовать унифицированную штамповую оснастку. При этом разъемные матрицы, в зависимости от конфигурации штампуемой детали, могут быть как с горизонтальным, так и с вертикальным разъемом.

Однако, опыт эксплуатации гидродинамического оборудования в условиях серийного производства показал, что однозначного критерия в оценке применяемости штампов с вертикальным или горизонтальным разъемом для изготовления различных элементов трубопроводов на сегодняшний день не существует.

Анализ причин возникновения дефектов в трубчатых деталях показал возможность систематизации этих причин. В таблице 2.1 показаны наиболее характерные, часто встречающиеся виды дефектов. Из таблицы видно, что такие дефекты, как образование гофров, складок, вмятин на поверхности деталей, недоштамповка элементов рельефа, разрушения в окружном и меридиональном направлениях, является следствием нарушения режимов технологических операций или наличия дефектов в заготовках. Вместе с тем, анализ показал, что систематическими и самыми трудноисправимыми являются дефекты, обусловленные пружинением материала заготовки. Преодоление пружинения в деталях на производстве достигается путем увеличения формующего импульса давления в гидравлической камере (ГК) пресс-пушки. Однако, это приводит к образованию отпечатка стыка полуматриц на поверхности детали (п. 6, табл. 2.1). Решение данной проблемы потребовало научного подхода и углубленного исследования.

Таблица 2.1

Характерные дефекты в особотонкостенных элементах воздушных систем, штампуемых на гидроударном оборудовании

№	Общий вид дефекта	Возможные причины
1	Гофры, складки, вмятины	-попадание передающей жидкости в полость между матрицей и деталью; - воздушные пробки; -волновые процессы в передающей жидкости
2	Недоштамповка	- малая пластичность материала заготовки; - пружинение материала заготовки; - образование воздушных пробок; - попадание передающей жидкости между матрицей и деталью
3	Окружные и меридиональные разрывы	- не выполнена термообработка; - штамповка за один переход деталей с большой степенью вытяжки; - неправильное расположение волокон материала; - наличие концентраторов на заготовке (риски, царапины, вмятины, попадание посторонних частиц между заготовкой и матрицей); - при разрыве по шву - не выполнено упрочнение (усадка, проковка) сварного шва; - при разрыве в районе шва - не выполнена термообработка
4	Эллипсность	- эллипсность заготовки на этапе поставки; - разнотолщинность стенки заготовки по примеру; - неправильный выбор направления волокон в сварной заготовке; - раскрытие матрицы; - пружинение материала заготовки
5	Превышение размера отштампованной детали размером матрицы	- недостаточная жесткость штамповой оснастки; - превышение допустимого значения внешней нагрузки; - неправильный зажим штампового блока; - пружинение материала заготовки
6	Отпечаток или разрыв по линии стыка полуматриц	- превышение допустимого значения внешней нагрузки; - недостаточная жесткость штамповой оснастки; - деформации силовых элементов оборудования; - неправильное закрытие штампового блока

5.3 Обзор теоретических и практических исследований повышения точности деталей

5.3.1 Методы обеспечения точности деталей и их характеристика

Процесс деформирования заготовки в матрицу при импульсном нагружении можно разбить на три этапа.

Первый - ускоренное движение под действием импульса давления в передающей среде.

Второй - свободное деформирование заготовки за счет приобретения на первом этапе кинетической энергии.

Третий этап - соударение заготовки с матрицей и пружинение. Заключительный третий этап деформирования заготовки называется калибровочным. Анализ процессов калибровки рассматривал вопросы внешнего нагружения. При этом не принимались во внимание показатели точности деформируемых изделий и их прочностные характеристики. Вместе с тем, для изделий авиационной техники точность, взаимозаменяемость и прочность имеют первостепенное значение.

В настоящее время отсутствует единое мнение о точностных возможностях импульсных процессов штамповки, нет достаточно четкого представления о механизме явления, приводящего к снижению точности штампуемых деталей. Отсутствует методика определения величины отклонения профиля детали от рабочего контура матрицы.

Операция калибровки, как правило, выполняется на той же оснастке и оборудовании, что и формовка. Отклонение профиля детали от профиля матрицы для классических схем импульсной калибровки является прямым следствием процесса упругой разгрузки материала заготовки. Это нежелательное явление в большей степени характерно для труднодеформируемых металлов и сплавов. Процесс упругой разгрузки материала заготовки описывается обобщенным законом Гука, из которого следует, что определяющими в данном процессе являются механические свойства материала заготовки, а так же его напряженное состояние. Поэтому достижение заданной точности детали возможно либо посредством изменения схемы напряженного состояния материала детали, либо путем корректировки профиля матрицы. Рассмотрим некоторые приемы интенсификации калибровочных процессов импульсной металлообработки, основанные на управлении напряженным состоянием материала трубчатой заготовки.

Способ принудительной подачи материала торцов заготовки в зону деформирования наиболее эффективен при предельных значениях величины вытяжки материала заготовки. Недостатком данного приема является образование в деталях дефектов, вызванных влиянием инерционных сил торцевых частей заготовки - гофры, козырьки, складки. Осложнена так же синхронизация торцевого воздействия и калибрующего импульса давления в гидравлической камере.

Идея применения отражателей (центральных тел) в процессах импульсной калибровки трубчатых деталей открывает хорошую возможность управления энергосиловыми потоками передающих жидкостей в формующих камерах. Наиболее эффективно использование центральных тел при получении деталей со сложным рельефом, малыми переходными радиусами, большой локальной вытяжкой. Применение данного способа требует проведения дополнительных расчетов при конструировании штамповой оснастки, что связано с необходимостью точного построения профиля центрального тела для создания максимального эффекта отражения.

Принцип гидродинамической мультипликации давления основан на уменьшении объема формующей жидкости, сжимаемой до высоких давлений. Осуществляется это посредством дифференциального поршня, расположенного в гидравлической камере. В следствии разности площадей поршня, величина давления в формующей камере значительно превосходит давление в нагружающей камере. Область применения этого метода ограничивается габаритами калибруемых деталей, поскольку увеличение объема камеры высокого давления требует значительного увеличения объема камеры низкого давления, что в значительной мере увеличивает металлоемкость оснастки.

Ни в одном из описанных способов интенсификации не учитываются упруго-пластические колебания предварительно напряженной заготовки. С этой точки зрения наибольший интерес представляет работа, которая посвящена исследованию точностных возможностей импульсных процессов калибровки кольцевых деталей. В этом методе требуемая точность деталей обеспечивается подбором оптимальной скорости соударения заготовки с матрицей. Характеристикой определяющей отклонение размеров детали после прекращения действия нагрузки, является пружинение материала. В данном случае величина пружинения сводится к нулю за счет пластической деформации заготовки при ударе о матрице.

В таблице 3.1 приведены значения коэффициента К при соударении со стальной матрицей кольцевых заготовок из основных типов сплавов.

Таблица 3.1

Материал заготовки	К
Сталь Титановый сплав Алюминиевый сплав	0,50 0,63 0,74

На основании данных показано, что величина пружинения детали снижается с ростом скорости соударения. На рис. 3.1 представлены экспериментальная и теоретическая зависимости величины пружинения от скорости соударения для алюминиевого сплава АК4-1. Как видно из рисунка, предельная величина скорости соударения, обеспечивающая требуемую точность детали, составляет 170...210 м/с. В таблице 3.2 показаны значения предельных скоростей соударения для заготовок из различных материалов.

Таблица 3.2

Материал матрицы	Материал заготовки	Vс, м/с
Сталь	Сталь 12Х18Н10Т	250
Сталь	Титановый сплав ОТ4-1	320...350
Сталь	Алюминиевый сплав АМгАМ	200

Опыт промышленного применения взрывной штамповки показал, что данный способ повышения точности деталей обладает существенными недостатками, обусловленными снижением стойкости оснастки при больших скоростях соударения. Выделим характерные дефекты в штамповой оснастке, приводящие к образованию брака в детали, или делающие невозможным ее изготовление:

- пластическое "сваривание" заготовки с матрицей;

- потеря геометрических размеров рабочего профиля матрицы;

- разрушение элементов рельефа, радиусов и т. д.;

- пластические деформации стягивающего бандажа;

- разрушение оснастки.

Стойкость штамповой оснастки при таких условиях нагружения будет чрезвычайно низкой, что неприемлемо для крупносерийного производства. Кроме того, обеспечение рекомендованных скоростей соударения заготовки с матрицей связано с большими трудностями.

При невозможности обеспечить заданную точность детали в диапазоне скоростей соударения близких к предельным, следует выполнить корректировку в сторону увеличения размеров рабочего профиля матрицы, компенсируя этим пружинение детали после прекращения действия нагрузки.

На рис.3.2 схематично представлены гидродинамической калибровки:

I-й этап - ускорение движение заготовки под действием импульсного давления Р₀;

II-й этап - пластический удар заготовки о стальную матрицу;

III-й этап - упругое восстановление (пружинение) откалиброванной детали.

Принятые на рисунке обозначения:Р₀ - начальное давление в гидравлической камере пресс-пушки; Р_к - калибрующее давление;D₀ - диаметр цилиндрической заготовки; D₁ - диаметр откалиброванной детали; D_м- диаметр рабочей поверхности матрицы; D_к- диаметр калибрующей поверхности матрицы; Н₀, Н_к и Н₁ - высота заготовки соответственно до, во время и после калибровки; S₀, S_к и S₁ - толщина стенки заготовки соответственно до, во время и после калибровки;

±?₀, ±?₁, ±?_м -соответственно после допуска заготовки, детали и матрицы.

Величина относительной окружности деформации материала заготовки при калибровке

Диаметр калибрующей поверхности матрицы определяется выражением

Последнее слагаемое в выражении учитывает совместную деформацию калибруемой заготовки и матрицы с момента касания их поверхностей. Величина относительной упругой деформации материала задается равной 0,001. Это ограничение обеспечивает работу матрицы в зоне упругих деформаций в процессе калибровки. После прекращения действия нагрузки отклонение диаметра заготовки составит , что соответствует относительной упругой деформации (пружинению) материала заготовки

Для удобства определения некоторых технологических параметров процесса калибровки введены коэффициенты:

К=D_к/D₀ - раздачи оболочки;

К₁=D₁/D₀ - калибровки;

К₂=D_к/D₁ - упругого восстановления оболочки.

Между собой коэффициенты связаны соотношением

К=К₁*К₂

На рисунке 3.3 представлена зависимость коэффициента раздачи оболочки К от коэффициентов калибровки К₁ и упругого восстановления К₂.

Исследование границ устойчивости процесса калибровки К_1maxи К_1minпоказывает, что увеличение поля допуска заготовки или необоснованное ужесточение отклонения размеров детали приводит к нарушению этих границ. Наибольшую чувствительность к этим отклонениям имеют заготовки из материалов с заметно прогрессирующим по деформации пружинением: труднодеформируемые с малым модулем упругости Е и быстрым ростом . На рис 3.4 представлена зависимость относительного восстановления размера оболочки от коэффициента калибровки К₁ для различных материалов.

Из графической зависимости ?D/Dк =f(К₁ ) видно, что для различных материалов изменение величины К₁ при прочих равных условиях приводит к существенному изменению абсолютного пружинения для заготовок из сплава ВТ14 и малоощутимому для материалов 30ХГСА, Д16М, Х18Н9Т.

...