УДК 621.774

Д.т.н., профессор А.И. ДОЛМАТОВ¹, И.А. ЖДАНОВ²

1 - Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского «Харьковский авиационный институт», Харьков, Украина

2 - Научно-производственная корпорация «ФЭД», Харьков, Украина

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА ПРИ ГИБКЕ ТРУБОПРОВОДОВ

Современные требования по надёжности и долговечности деталей и узлов аэрокосмической техники накладывают жёсткие ограничения на процессы гибки труб, которые характеризуются значительными искажениями формы и толщины стенки, потерей устойчивости. Обеспечение высокой точности изделий трубопроводных систем, предотвращения гофров, искажения формы, обеспечения заданного напряжённо-деформированного состояния в настоящее время является актуальной задачей и имеет большое количество конструкторских и технологических решений. Однако зачастую их применение не даёт желаемого результата не смотря на значительные капиталовложения и приобретение дорогостоящего оборудования (в том числе с станков с ЧПУ, автоматизированных комплексов). Это связано с отсутствием комплексного («сквозного») подхода к разработке и внедрению техники и технологии гибки трубопроводов. Реализация комплексного подхода к проектированию процессов гибки является эффективным инструментом обеспечения заданных параметров качества элементов трубопроводов, который затрагивает все стадии разработки технологических процессов. В настоящее время реализовано несколько модулей системы. Так на первом этапе производится предварительный выбор оборудования и параметров обработки. Далее аналитическим путём (с использованием оригинального программного обеспечения) выполняется априорная оценка параметров качества изделия после гибки, основными из которых являются: толщина стенок, овальность сечения, гарантированное отсутствие гофров и т.д. Для этого рассчитывается величина смещения нейтрального слоя с учётом эффекта упрочнения, величины деформаций и т.д., что позволяет перейти к определению силовых параметров гибки, угла пружинения и потребного угла гибки. Данный этап позволяет учесть влияние таких факторов, как локальный и общий нагрев, использование жидких или сыпучих наполнителей, наличие дополнительных нагружений и их комбинаций. Априорная оценка параметров качества изделия после гибки позволяет определить допустимые параметры для выбранной схемы обработки, либо назначить новый способ гибки, в том числе с использованием любого из дополнительных видов нагружений, наполнителей и др.

На следующем этапе с использованием оригинального программного обеспечения проводится проверка выбранных параметров обработки и при необходимости производится проверка с использованием САЕ модулей.

Далее производится окончательный выбор типа и состава оборудования.

Целью данного этапа является обоснованный выбора типа и состава оборудования с наилучшим соотношением цена/качество. Для достижения этой цели реализован ряд задач: разработаны базы исходных данных, позволяющих проводить анализ преимуществ и недостатков различных схем и типов оборудования, разработаны критерии, которые должны быть рассмотрены при выборе оборудования. В частности, на первом шаге формируется массив исходных данных, позволяющий осуществлять автоматический подбор оборудования с выдачей рекомендаций о требуемых характеристиках и составе оборудования (наружный диаметр трубы, толщина стенки, радиус изгиба, угол изгиба, расстояние между соседними изгибами, плоскость изгиба, материал трубы, допустимая величина овальности, допустимая величина утонения стенки и др.).

Из критериев выбора оборудования рассматриваются следующие:

1. Стоимость оборудования. Так стоимость только машин для ручной гибки может варьироваться от 300-500 (для трубогибов с максимальным диаметром трубы до 0.5”) до 23000 долларов (для трубогибов с максимальным диаметром трубы до 2”) в зависимости от комплектации.

2. Производительность оборудования. Производительность машин для гибки варьируется от 350…450 деталей в час (при 1 гибе на деталь). Необходимо отметить, что при малом количестве гибов на деталь (1…2) использование дорогостоящих станков с ЧПУ не приводит к существенному росту производительности (не более 30%). Таким образом использование оборудования для автоматической гибки может быть рекомендовано при изготовлении деталей сложной конфигурации (при количестве гибов на деталь – более 5 при наличии нескольких плоскостей изгиба).

3. Точность станка. При рассмотрении данного параметра необходимо учитывать, что машины для полуавтоматической гибки по таким параметрам, как точность позиционирования и угол поворота незначительно превосходят машины для ручной гибки (точность станков с ЧПУ выше почти на порядок (до ±0.001” по точности линейного позиционирования и до ±0.05 по углу поворота) при существенно более высокой стабильности данных параметров и др.)

При выборе полуавтоматической, а тем более – машины с ЧПУ, учитывается стоимость эксплуатации, сервиса, расходных материалов и т.д. Также на данном этапе принимаются во внимание ограничения гибки, связанные с физическими свойствами материала детали, которые могут оказывать существенное влияние на точность изготавливаемой детали. Выполняется полуавтоматический выбор состава оборудования (привода, консоли, инструментальной оснастки, системы управления и др.).

На заключительном этапе выполняется проверка экономической эффективности принятых технических решений.

Таким образом, данная комплексная система по разработке и внедрению технологии гибки трубопроводов (учитывающая влияние целого ряда конструкторских и технологических факторов), реализованная в условиях серийного производства машиностроительного предприятия, позволяет существенно повысить эффективность производства и обеспечить стабильность параметров качества при минимальных капиталовложениях и сроках подготовки производства.