Технология производства баллона (бака)

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Конструкция изделия

1.1 Описание базовой конструкции

1.2 Используемые материалы и их свойства

1.3 Расчет толщины стенки

1.4 Форма и размеры элементов конструкции

2. Технология производства баллона (бака)

2.1 Раскрой листовых материалов

2.2 Штамповка-вытяжка днищ

2.3 Пробивка и отбортовка отверстий

2.4 Гибка - свертка

2.5 Формовка зигов

2.6 Калибровка концов обечаек

2.7 Обрезка припусков и торцовка

2.8 Изготовление штуцеров и фланцев

2.9 Сварка

2.10 Термообработка

2.11 Упрочнения ППД

2.12 Испытания на прочность

2.13 Контроль герметичности

2.14 Промывка

2.15 Окраска

2.16 Маркировка

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Объектом конструкторско-технологических разработок в настоящем курсовом проекте являются баллоны и баки гидрогазовых систем ЛА - воздушных, кислородных, топливных, гидравлических и др. Форма, конструкция, материал баллонов и баков определяется их назначением, условиями эксплуатации, требованиями технологичности. В большинстве случаев баллоны и баки - это тонкостенные сварные конструкции цилиндрической или сферической формы из нержавеющих сталей, алюминиевых и титановых сплавов. Производство таких изделий включает в себя разнообразные технологические операции раскроя, листовой штамповки, обработки резанием, сварки, сборки, химической и термической обработки, упрочнения, нанесения покрытий, маркирования, контроля и испытаний. Именно многообразием применяемых технологий, присущих большинству деталей и узлов ЛА, а также возможностью использования прогрессивных и наукоемких методов обработки и контроля (лазерных, магнитноимпульсных, ультразвуковых и др.) и обусловлен выбор для курсового проектирования.

Целью выполнения курсового проекта является закрепление теоретических знаний и приобретение навыков самостоятельного решения конструкторско-технологических задач.



1. Конструкция изделия

1.1 Описание базовой конструкции

Изделие (см. рис. 1) представляет собой тонкостенную сварную конструкцию, состоящую из цилиндрической обечайки с продольным сварным швом и двумя радиальными зигами и двух штампованных днищ, по центру которых на отбортовках приварены фланец и штуцер.

Эскиз изделия показан на рис. 1, а необходимые исходные данные - наружный диаметр D, объем V, рабочее давление Р, рабочая среда, материал входящих деталей - заданы в табл. 1.

Исходные данные:

Таблица 1

D, мм	V, дм3	Р, МПа	Материал	Среда
260	20	4,0	ВТ1-2	Г (гидравлическая жидкость, масло АМГ-10)

1.2 Используемые материалы и их свойства

Для изготовления сварных изделий в производстве ЛА используются низколегированные, нержавеющие стали, титановые и алюминиевые сплавы. Для изготовления баллона в данном курсовом проекте применяется материал ВТ1-2 (см. Табл. 2, 3).

Механические характеристики (в отожженном состоянии):

Таблица 2

Материал	, кг/м3	Е, ГПа	В, МПа	Т, МПа	В
ВТ1-2	4500	110	600	500	0,12

Здесь - плотность, Е - модуль упругости, _В - предел прочности, _Т - предел текучести, _В - относительная деформация, соответствующая пределу прочности и моменту образования шейки на образце при испытаниях на растяжение.

Физические характеристики:

Таблица 3

Материал	с, кДж/(кг·град	k, Вт/(м.град)	Тпл, єС	Lпл, МДж/кг	0, мкОм.м
Титановые сплавы	0,6	15	1700	0,4	0,8

Здесь с - удельная теплоемкость, k - теплопроводность, Т_пл - температура плавления, L_пл - удельная теплота плавления, ₀ - удельное электрическое сопротивление.

1.3 Расчет толщины стенки

Толщина S стенки цилиндрической обечайки определяется из условия прочности

; (1)

где - эквивалентное напряжение по 4-й теории прочности или интенсивность напряжений , - допускаемое напряжение, рассчитываемое как /n (n = 1,5 - запас прочности по пределу текучести), - коэффициент уменьшения допускаемого напряжения сварного соединения, зависящий от способа сварки и принимаемый равным 0,9.

Отсюда,

Элемент тонкостенной оболочки, находящейся под давлением Р, испытывает плоское напряженное состояние. Интенсивность напряжений в этом случае

, (2)

где , , соответственно тангенциальные и меридиональные напряжения.

Отсюда,

;

;

мм.

Расчетная толщина стенки удовлетворяет условию тонкостенности D>20s>20·1,5>30 = 260 мм.

1.4 Форма и размеры элементов конструкции

С целью выполнения качественной сварки толщина стенки штампованного днища применяется равной толщине обечайки.

Форма днища выбирается из условия равнопрочности с обечайкой. Так как напряжения в сферической оболочке в 2 раза меньше, чем в цилиндрической того же диаметра, то условие равнопрочности означает, что максимальный радиус кривизны днища должен быть в 2 раза больше радиуса кривизны цилиндрической оболочки, т.е. равным ее диаметру.

Рекомендуемой формой днища является форма, образованная дугами двух окружностей радиусами R₁ = D = 260 мм, R₂ = D/8 = 32,5 мм, высотой H = D/4 = 65 мм.

Размеры отбортовки и зигов назначаются из условий технологичности, изложенных в пунктах 4.3 и 4.5.

Ширина в_об обечайки рассчитывается при заданном объеме баллона (бака) из условия

V = V_об+2V_дн, (3)

где V_об = рD²в_об /4, V_дн = рD³/24 - соответственно объемы обечайки и днища.

Отсюда,

Герметизация изделия при подстыковке его к функциональной системе осуществляется резиновыми уплотнительными кольцами круглого сечения. Для этой цели штуцер имеет входной цилиндрический поясок, фланец - канавку.

Диаметр d болтов фланцевого стыка и их количество определяется расчетом на прочность. Рекомендуется применять болты с d = 6…10 мм и шагом их установки по окружности равным (4…8)d. В данном курсовом проекте примем болты диаметром 6 мм с шагом установки по окружности 30 мм.



2. Технология производства баллона (бака)

2.1 Раскрой листовых материалов

Производство баллонов (баков) начинается с раскроя листовых материалов на заготовки для днищ и обечаек. Раскрой обечайки производить на гильотинных ножницах, так как контур заготовки прямолинейный. Раскрой заготовки на днища производить на роликовых ножницах, так как контур выполнен из криволинейного контура (круга).

Основным требованием к раскрою является наилучшее использование материала листа, то есть обеспечение наибольшей величины коэффициента использования материала

, (4)

где n - количество получаемых из стандартного листа заготовок; А_з и А_л - соответственно площади заготовки и стандартного листа.

Размеры заготовок для листовой штамповки рассчитываются из условия равенства площадей поверхностей заготовок и деталей с учетов технологических припусков.

Размер прямоугольной заготовки для обечайки определяется из формулы:

- длина L = р(D-s) = 3,14·(260-1,5) = 812 мм;

- минимальная ширина заготовки B = в_об+4s = 290+4·1,5 = 296 мм.

При штамповке с применением кольцевой матрицы:

D_з = 1,2·D = 1,2·260 = 312 мм

Для раскроя заготовок под обечайки выберем лист 3000х1250.

Для раскроя заготовок под днища выберем лист 2500х1250.



2.2 Штамповка-вытяжка днищ

Эту операцию рекомендуется проводить на механических или гидравлических прессах с использованием верхней кольцевой матрицы, на прессах штамповки резиной с применением формблока (пуансона) и неподвижной прижимной опоры, на установках для гидровзрывной и гидроимпульсной штамповки. Импульсные методы штамповки обеспечивают наибольшую точность деталей.

2.3 Пробивка и отбортовка отверстий

Пробивку и отбортовку отверстий рекомендуется проводить на механических прессах в инструментальных штампах.

Диаметр технологического отверстия d_отв под отбортовку зависит от заданных в чертеже детали диаметра горловины D_г, радиуса R_с сопряжения борта со стенкой, длины h цилиндрического участка и назначенного припуска на торцовку (рис.3), и рассчитывается по формуле

(5)

Приняв h = 5 мм, припуск на торцовку 0,53, Rс = 63 для титановых сплавов, при D_г = 200 мм получаем:

d_отв = 200-(10+1.14·63+0.53)

d_отв = 118 мм

При этом K_отб = D_г/d_отв = 200/118 = 1,69К_{отб.пред. =} 1,7

Коэффициент отбортовки К_отб не должно превышать предельного К_{отб.пред.}, зависящего от марки материала, относительной толщины и способа обработки кромок технологического отверстия, следовательно диаметр горловины D_г = 200 мм подходит.

2.4 Гибка - свертка

Обечайки являются базовой деталью всех колонных теплообменных аппаратов, а так же баллонов. Они подразделяются на:

a) Жесткие, которые не изменяют формы поперечного сечения под действием своего веса. Для них справедливо соотношение D_вн/S150, где S - толщина стенки обечайки, D_вн - внутренний диаметр обечайки.

b) Нежесткие D_вн/S>150.

c) Толстостенные (корпуса), если D_н/D_вн = 1.1 или толщина стенки более 40мм, D_н - наружный диаметр обечайки.

По форме обечайки делятся на гладкие и со специальными ребрами, зигами. Заготовками для обечаек являются: листовой прокат, литье, поковки, трубы. Обечайки диаметром до 600 мм изготавливаются с одним продольным швом, а свыше 600 мм - можно из нескольких листов. При этом ширина замыкающей вставки должна быть не менее 400 мм.

Обечайки баллонов и баков рекомендуется изготавливать гибкой - сверткой листовых заготовок с последующей сваркой продольного стыка. Операция проводится на двухвалковой листогибочной машине, один из валков которой имеет эластичное покрытие, другой представляет собой сменную гибочную оправку (рис. 4).



2.5 Формовка зигов

Формообразование зигов на обечайках осуществляется давлением эластичной среды, жидкости, магнитного поля.

Давление жидкости может передаваться через резиновую оболочку или непосредственно на заготовку и иметь как статический, так и динамический характер. К импульсным методам формования относятся гидроимпульсная штамповка на пресс - пушках, гидровзрывная, электрогидроимпульсная, магнитоимпульсная.

Операция зиговки всеми вышеперечисленными методами может проводиться совместно с операцией калибровки концов обечайки.

В случае раздельного выполнения этих операций зиговка осуществляется на зигмашинах между двумя вращающимися роликами.

Для титановых сплавов R_зиг рекомендуется брать 12S, следовательно:

R_зиг = 12·1.5 = 18 мм

технологический тонкостенный гидрогазовый баллон



2.6 Калибровка концов обечаек

Калибровка концов обечаек должна осуществляться на длине не менее 15мм, с точностью, обеспечивающей требуемое смещение кромок свариваемых деталей.

Рабочий диаметр D_м калибрующей матрицы назначается из условия упругого пружинения и возникновения пластических деформаций калибруемой детали

,

где - деформация, соответствующая разгрузке и началу пластической деформации.

Отсюда

,

260(1+0,005) = 261 мм

Для калибровки трубчатых заготовок из титановых сплавов применяется метод термофиксации, заключающийся в одновременном нагреве трубы и оправки в вакуумной печи до температуры 600…700єС. При этом за счет разности коэффициентов линейного расширения материалов происходит пластическая деформация калибруемой заготовки. Для титановых сплавов б = 8·10^-6 1/град.

Контроль калиброванного диаметра нежестких деталей производится на конусных оправках (для устранения овальности) штангенциркулем с ценой деления 0,05 мм.

Перед операциями зиговки и калибровки продольный сварной шов должен быть зачищен заподлицо с основным материалом или калибруемая матрица должна иметь конструкцию, исключающую деформацию материала в околошовной зоне.



2.7 Обрезка припусков и торцовка

Обрезку технологического припуска тонкостенных деталей диаметром более 100 мм, рекомендуется производить на роликовых ножницах или специализированных станках. В качестве инструмента для обрезки деталей из титановых сплавов используют алмазный круг, с сильным охлаждением зоны резки.

Торцовка заключается в удалении заусенцев на кромках деталей после обрезки и обработки торцов деталей с технологическим припуском. Обработка торцов может осуществляться пневмодрелью с применением специальных шарошек, а так же на специализированных и токарных станках.

2.8 Изготовление штуцеров и фланцев

Штуцера и фланцы изготавливаются обработкой резанием на металлообрабатывающих станках - токарных, фрезерных, сверлильных. Рекомендуемый вид заготовки для штуцеров - круглый или шестигранный прокат, для фланцев - штамповка или толстолистовой прокат. Особо трудоемкой операцией является сверление контровочных отверстий штуцеров диаметром 1…1.5 мм. С целью уменьшения трудоемкости механическое сверление может быть заменено электроискровой прошивкой, или многоимпульсной лазерной пробивкой.

2.9 Сварка

Для выполнения сварных соединений тонкостенных деталей из титановых сплавов рекомендуется применять аргонодуговую сварку, неплавящимся (вольфрамовым) электродом с присадочной проволокой или без нее. Возможно использование так же плазменной сварки.

Процесс сварки осуществляется в следующей последовательности: подготовка кромок свариваемых деталей, прихватка, сварка, зачистка и правка, контроль. Подготовка деталей из титановых сплавов заключается в зачистке металлической щеткой наружной и внутренней поверхностей на длине не менее 15 мм и дальнейшим обезжиривании салфеткой, смоченной в ацетоне или спирте.

При сборке деталей перед сваркой местные зазоры и смещения кромок не должны превышать 0.15S при толщине стенок S = 1…3мм.

Прихватка деталей производится при помощи стяжных хомутов или на оправках не менее чем в 3-х точках равномерно по окружности ручной сваркой без сквозного проплавления и без присадки.

Для выполнения прямолинейных и кольцевых швов целесообразно применять автоматическую сварку, обеспечивающую наилучшее качество швов и высокую производительность. Скорость автоматической сварки составляет 10…30 м\с. Для обеспечение защиты от взаимодействия с воздухом прихватку и сварку титановых сплавов необходимо выполнять в аргоновых камерах с контролируемой атмосферой.

Правка кольцевых швов в зоне приваренных фланцев производится между двумя вращающимися роликами с усилием сжатия, обеспечивающим пластическую деформацию относительно опорной плоскости не более 0.5мм.

Для оценки качества сварных соединений применяются следующие виды контроля:

- внешний осмотр на отсутствие трещин, подрезов, прожогов с помощью лупы 6-8 кратного увеличения.

- определение размеров швов с помощью измерительных инструментов и шаблонов.

- метод капиллярной дефектоскопии для выявления дефектов, выходящих на поверхность.

- рентгеновский метод для выявления наружных и внутренних дефектов

- ультразвуковой (аккустический) метод

- испытания на прочность и герметичность

2.10 Термообработка

Основным видом термической обработки баллонов, является отжиг для устранения наклепа и снятия внутренних напряжений металла после сварки. Отжиг титановых сплавов необходимо осуществлять в вакуумных печах при температуре 600…650єС, для устранения газонасыщения и охрупчивания поверхностного слоя. С целью уменьшения термического коробления нежестких тонкостенных изделий термообработку рекомендуется проводить в специальных приспособлениях.

2.11 Упрочнения ППД

Поверхностным пластическим деформированием (ППД) упрочняются участки изделий с концентратами напряжений и неблагоприятными остаточными напряжениями. Такими местами для баллонов являются сварные швы, околошовные зоны, закругления отбортовок. Главная цель упрочнения - создание в поверхностном слое остаточных напряжений сжатия, и как следствие, повышение усталостной прочности и ресурса изделий, работающих при переменных нагрузках. Толщина упрочненного слоя после обработки примерно равна диаметру единичного отпечатка, параметр Rz шероховатости - половине его глубины, а продолжительность процесса оценивается из условия 5-кратного покрытия отпечатками шариков упрочняемой поверхности.

2.12 Испытания на прочность

Испытания на прочность проводятся путем создания избыточного давления жидкости, газа и др. выдержки под давлением и последующей оценкой внешнего состояния изделия. Давление опрессовки принимается равным 1.25P = 1.25·4 = 5 МПа, где P - рабочее давление.

Величина испытательного давления должна быть указана в технических требованиях чертежа изделия: «Баллон испытать на прочность давлением воды с хромпиком 15МПа в течение 5 минут».

Присоединительные штуцера и заглушки должны имитировать функциональные элементы. Испытания проходят на стенде, в состав которого входят: насос, баки с испытываемой жидкостью или баллоны с испытательном газом, фильтр, предохранительный и редукционный клапан, манометры, краны, ванна и т.д.

2.13 Контроль герметичности

Контроль герметичности проводится путем создания избыточного давления газа, или иногда жидкости внутри изделия, выдержки под давлением и последующей оценки утечек контрольного вещества. Давление опрессовки при контроле герметичности должно быть не менее рабочего давления, но не более давления испытания на прочность.

Контроль изделий на герметичность следует проводить рабочей средой или средой, вязкость которой меньше вязкости рабочей среды. В данном курсовом проекте, для контроля герметичности будет рабочая среда - керосин. Вязкость, при нормальных условиях - 2.2 мПа.с

Т.к. рабочая и контролирующее вещество - жидкость, тогда целесообразнее выбрать гидростатический метод контроля герметичности. При данном методе изделие заполняется жидкостью под давлением и после выдержки изделия и индикация течей фильтрованной и копировальной бумагой. Изделие считается герметичным, если не обнаружено следов отпотевания и наличия пятен жидкости на проявляющем элементе.

Так же данный метод может совместить испытание на прочность и герметичность.

2.14 Промывка

Технологический процесс промывки заключается в очистке внутренней поверхности изделия водными растворами моющих средств, нейтрализации их остатков вначале горячей водой, затем холодной и сушки чистым воздухом, контроле и укопорке. Контроль чистоты наружных поверхностей производится визуально или по чистоте салфеток «на отсутствие пятен». Чистота внутренних поверхностей определяется косвенным методом, путем прокачки чистой воды через изделие и контрольный фильтр с тонкостью фильтрации 12…16 мкм. На фильтре не должно быть механических примесей и пятен.

Укопорка заключается в постановке металлических заглушек, контровке проволокой и пломбировании.

2.15 Окраска

Окраска наружных поверхностей баллона предотвращает их коррозии. Цвет баллона топливной системы - желтый.

Процесс окраски выполняется в следующей последовательности:

- Обезжиривание путем протирки поверхности салфеткой, смоченной спиртом или бензином;

- Грунтовка;

- Окраска эмалью;

- Контроль качества по эталону.

Грунтовку и окраску следует производить в электростатическом поле. Этот метод увеличивает производительность за счет автоматизации процесса, уменьшает потери лакокрасочных материалов, улучшают условия труда



2.16 Маркировка

Маркирование неокрашенных тонкостенных деталей авиационной техники может производиться электрохимическим, электроискровым или лазерным способом, с глубиной символов не более 0.05S = 0,05х1,5 = 0,075 мм.

Лазерная маркировка широко применяется в различных отраслях промышленности. Она может быть автоматизирована, что увеличивает производительность. Большое преимущество лазерной маркировки - гравировка на любой поверхности.



Заключение

Учитывая вышеизложенное, становится ясно, что можно создать качественную, технологичную конструкцию сборочной единицы или детали только хорошо зная производство и технологию изготовления изделия. То, что технологично в условиях одного производства, может стать не технологичным в условиях другого.

Данный проект является полностью завершенным. Все рассчитанные параметры удовлетворяют производственным требованиям и могут быть внедрены на производственном предприятии при изготовлении типовых деталей.

Список использованной литературы

1. Технология производства летательных аппаратов: Разработка конструкции и технологии производства тонкостенных баллонов и баков гидрогазовых систем Л.А. / Метод. Указания и рекомендации для выполнения КП. - НГТУ, 1990.

2. Сборочно-сварочные работы в производстве Л.А. / Метод. Указания и рекомендации для выполнения КП. - НГТУ, 1998.

3. Николаев Г.А., Винокуров В.А. Сварные конструкции. Расчет и проектирование: Учеб. Для вузов / Под ред. Г.А. Николаева. - М.: Высшая шк., 1990.

Размещено на Allbest.ru

...