Получение деталей из титанового сплава

Введение

В настоящее время актуальным является оснащение воздушного транспорта высокоэффективными самолетами. Это ставит перед самолетостроителями задачу улучшить качество выпускаемых изделий, повысить их надежность и ресурс.

Одним из направлений решения этой задачи является использование высокопрочных титановых сплавов. Обладая комплексом уникальных свойств, они нашли широкое применение в авиационных конструкциях в виде листовых деталей с шипами различной формы.

В авиационной промышленности при создании транспортных самолетов используют листовые ошипованные детали. Такие детали устанавливают в зонах интенсивного перемещения людей, техники, грузов с целью увеличения фрикционных свойств. Это трапы, двери – лестницы, рампы, стеллажи и т.д. Особым типом такой конструкции является настил грузового пола транспортных самолетов, где листовые детали с шипами включены в силовую схему агрегата[1-2]. К таким деталям предъявляются требования обеспечения высоких фрикционных свойств, механической прочности, герметичности и износостойкости.

Вследствие этого для изготовления настилов полов самолетов используют высокопрочные титановые сплавы, например ВТ6С; ВТ16; СПТ2.

Процесс получения деталей представляет собой дуговое капельное дозированное нанесение на листовые заготовки и последующее пластическое деформирование наплавленного металла из титановых сплавов.

Процесс получения деталей из этих заготовок характеризуется высоким уровнем трудозатрат, расхода материалов, что повышает их стоимость. Кроме того, изготовление деталей связано с экологически вредным процессом химического фрезерования. Помимо этого, на Украине не освоен выпуск продукции данного типа. Катаные панели с шипами закупаются в России по высокой стоимости. Однако устойчивый спрос на данную продукцию со стороны предприятий авиационной промышленности Украины заставляет искать альтернативные пути решения данной проблемы.

В связи с этим представляется актуальным исследование и внедрение таких методов получения ошипованных листовых титановых деталей с высокими эксплуатационными свойствами, которые обеспечили бы минимальный расход дорогостоящего материала, повышение уровня автоматизации производства, улучшение условий труда.

1. Постановка задачи

В настоящее время при изготовлении ряда изделий авиационной техники, в конструкциях, где необходимы повышенные фрикционные свойства поверхности и снижение массы при неизменной прочности(настилы грузовых полов, переходы, трапы), местные выступы на тонколистовых деталях (выступы для постановки крепежа), широко используются листовые детали с рифлением. Листы с рифлением разделяются на листы с замкнутым контуром негладкой поверхности и листы с отдельно расположенными выступами различной формы[3,4]. Улучшенные фрикционные свойства конструкции, при равной прочности и минимуме массы, обеспечиваются применением листовых деталей с шипами с пирамидальными выступами на одном общем основании, которые наряду с прочностью листа должны иметь достаточную прочность соединения шипа с основанием. Применимость того или иного способа производства ошипованных листов определяется размерами шипа, толщиной листа, родом материала. Современное самолетостроение характеризуется резким расширением номенклатуры применяемых материалов (дорогостоящих, высокопрочных и труднодеформируемых) и одновременно повышенными требованиями к качеству и надежности деталей и узлов. Одним из таких материалов является титан и его сплавы, которые благодаря наличию комплекса уникальных свойств, таких, как высокая удельная прочность и повышенная коррозионная стойкость, становятся незаменимыми в конструкции настилов, переходов, трапов современных самолетов( АН-124-100% изВТ6С)[5].

Замена в конструкции АН-124 листовых ошипованных деталей из Д16АТ, площадь которых составляет ~480м², при сохранении прочностных показателей на детали из титанового сплава позволила уменьшить массу самолета на ~ 2400кг. Применяемые в самолетостроении листовые ошипованные детали характеризуются большой относительной высотой шипа и отношением . Получение таких деталей является трудоемкой технологической задачей[6], от успешного решения которой зависят перспективы широкого внедрения титановых сплавов в самолетные конструкции, где необходимы повышенные противоскользящие свойства.

1.1 Существующие способы получения ошипованных листовых деталей из титановых сплавов

Из всех существующих способов производства листов с рифленой поверхностью наиболее распространены следующие: механическая, химическая и электроимпульсная обработка[7,8]; штамповка или чеканка[9]; прессование[10]; прокатка на штампе[11]; прокатка в валках[12]; дуговая наплавка в [13]. Но ни один из этих способов не может быть рекомендован для получения ошипованных деталей из высокопрочных титановых сплавов.

Листы с пирамидальными шипами из титановых сплавов получают пластическим деформированием листовой заготовки, клепкой шип-заклепок, приваркой предварительно изготовленных штучных шипов, приваркой с последующей формовкой на контактных машинах цилиндрических заготовок.

Шипы на листовых деталях получают пластическим деформированием (штамповкой-вытяжкой) по схеме, приведенной на рис.1.2,а. Лист помещается между электродами машины для контактной сварки. При включении сварочного тока поверхность листовой заготовки, находящаяся между наружной кромкой вершины вытяжного пуансона и кромкой полости второго пуансона, подве