close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТОНКОСТЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

код для вставкиСкачать
ФИО соискателя: Денисова Екатерина Юлоновна Шифр научной специальности: 05.02.08 - технология машиностроения Шифр диссертационного совета: Д 212.178.05 Название организации: Омский государственный технический университет Адрес организации: 644050, г
На правах рукописи
Денисова Екатерина Юлоновна
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТОНКОСТЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Омск - 2012 г.
Работа выполнена в ГОУ ВПО "Омский государственный технический университет"
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор
Моргунов Анатолий Павлович
Официальные оппоненты: доктор технических наук
Сердюк Виталий Степанович
кандидат технических наук
Стрек Ярослав Михайлович
Ведущая организация: ОАО "Омский научно-исследовательский институт двигателестроения"
Защита состоится "31" мая 2012 г. в 1600 часов на заседании диссертационного совета Д.212.178.05 при ГОУ ВПО "Омский государственный технический университет" по адресу: 644050, г. Омск-50, проспект Мира, 11, ауд. 6-340, тел./факс: (3812) 65-64-92, e-mail: dissov_omgtu@omgtu.ru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного технического университета.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью составителя, заверенные гербовой печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета.
Автореферат разослан "27" апреля 2012 г.
Ученый секретарь В.С. Калекин
диссертационного совета
доктор технических наук, профессор
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Тонкостенные детали находят широкое применение при проектировании авиационных двигателей и их агрегатов. Это объясняется специфическими характеристиками, которыми должны обладать узлы и агрегаты авиадвигателя. К их качеству предъявляются более жёсткие требования по сравнению с требованиями в других машиностроительных отраслях. При этом помимо обеспечения заданных эксплуатационных характеристик элементы двигателя должны отвечать требованиям надёжности, долговечности, безопасности и т.д.
В таких условиях в авиационном моторостроении наиболее актуальными являются проблемы, связанные с обеспечением заданных параметров точности при изготовлении деталей двигателя. Решение данного круга вопросов требует комплексного подхода, поскольку на качество изготавливаемых деталей влияет огромное количество самых различных факторов. Эти факторы могут иметь разную природу, также различна и степень их влияния на точность размерной обработки деталей.
Одними из характерных представителей тонкостенных деталей в авиамоторостроении являются кольцевые детали. Соотношение диаметра и толщины стенки такой детали может составлять 500:1. Очевидно, что обеспечить жесткость технологической системы при обработке такой заготовки очень сложно. Для этого необходимо выдержать ряд требований: геометрическая точность станка и его элементов, жёсткая фиксация заготовки в станочном приспособлении, хорошее качество режущего инструмента, высокая квалификация рабочего и/или наладчика и т.д. Достичь одинаково высокого уровня всех факторов обработки в реальных производственных условиях практически невозможно. Кроме того, рассматриваемые детали, как правило, изготавливаются из труднообрабатываемых сплавов. Соответственно, в зоне резания возникают температурные деформации, ускоряется размерный износ режущего инструмента. Таким образом, исследования в данной области направлены, в первую очередь, на выявление наиболее значимых факторов, влияющих на точность обработки, и разработку методов технологического воздействия, которые будут способствовать минимизации возникающих погрешностей.
В ходе выполнения данной работы был проведен анализ имеющихся в литературе данных, относящихся к достижению заданных параметров точности механической обработки нежестких деталей. Анализ разработанных методов и средств достижения заданной точности при обработке деталей привел к выводу о том, что недостаточно исследован характер возникновения деформаций при обработке ступенчатых кольцевых деталей. В литературе приведено недостаточно сведений, позволяющих в полной мере учесть воздействие основных технологических факторов на достижение заданной точности обработки этих деталей. Отсюда следует актуальность выбранного направления исследования.
Цель работы заключается в разработке новых технологических решений для достижения заданных параметров точности при механической обработке тонкостенных деталей авиационных двигателей типа ступенчатых колец.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
1. Исследование технологических факторов, влияющих на точность обработки тонкостенной заготовки, и выявление основных погрешностей обработки.
2. Вывод аналитических зависимостей, характеризующих влияние наладки нежесткой технологической системы на обеспечение требуемой точности.
3. Исследование напряженно-деформированного состояния кольцевой заготовки под влиянием усилий резания.
4. Моделирование процесса деформации тонкостенного ступенчатого кольца в процессе обработки.
5. Разработка конструкции приспособления, способствующей минимизации погрешностей от упругих деформаций технологической системы на разных стадиях технологического процесса.
6. Разработка методики контроля точности наладки технологической системы с применением ультразвуковой дефектоскопии.
7. Выполнение экспериментальных исследований и обработка их результатов.
8. Разработка практических рекомендаций по повышению точности формы и размеров обрабатываемых тонкостенных заготовок типа колец.
Научная новизна:
1. На основе анализа имеющихся в литературе данных получены способы расчета, описывающие влияние погрешностей, возникающих на разных стадиях реализации технологического процесса, на точность выполняемого размера и формы обработанной поверхности.
2. Разработана методика неразрушающего контроля фактической площади контакта опорных элементов приспособления и посадочной поверхности обрабатываемой заготовки с применением ультразвуковой дефектоскопии.
3. Разработана методология проектирования технологической оснастки, обеспечивающей требуемую точность тонкостенного кольца большого диаметра.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Методика диагностики возникновения погрешностей при закреплении тонкостенного кольца переменного сечения в станочном приспособлении с применением ультразвуковой дефектоскопии.
2. Метод расчета величины допустимой погрешности формы тонкостенного ступенчатого кольца.
3. Вывод зависимости угла поворота и осевого перемещения кольца от усилий, воздействующих на технологическую систему.
4. Конструкция приспособления - планшайбы с шестью опорными секторами, обеспечивающей точность формы и выполняемых размеров обрабатываемой заготовки.
Практическая значимость полученных результатов:
1. Разработанная конструкция приспособления может быть применена в производстве для минимизации погрешностей от сил закрепления при обработке тонкостенных кольцевых деталей переменного сечения.
2. Разработанный метод расчета наибольшей допустимой погрешности формы из условия допустимого утонения кольца может быть использован при проектировании технологических процессов механической обработки тонкостенных колец с целью учета погрешностей, вызванных отклонениями формы исходной заготовки.
3. С применением имеющегося на большинстве моторостроительных предприятий оборудования для ультразвуковой дефектоскопии возможно внедрение в производство разработанной методики неразрушающего контроля точности сопряжения заготовки и приспособления.
Достоверность результатов:
Все результаты, представленные в диссертационной работе, получены с применением современного технологического оборудования, оснащенного необходимыми средствами измерения параметров точности. Полученные результаты соответствуют современным представлениям о методах обеспечения точности тонкостенных деталей авиационных двигателей.
Личный вклад автора состоит в постановке задач, проведении теоретических и экспериментальных исследований, обработке и сопоставлении полученных результатов с литературными данными, формулировании выводов.
Объект и методы исследования:
Технологический процесс изготовления тонкостенного кольца переменного сечения. С целью определения величины деформации обрабатываемой заготовки в процессе резания разработан метод обеспечения минимизации деформаций под действием сил резания.
Разработан метод неразрушающего контроля, основанный на ультразвуковой дефектоскопии, позволяющий оценить сплошность контакта сопрягаемых поверхностей приспособления и заготовки.
Апробация работы:
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на I международной научно-практической конференции "Достижения и перспективы естественных и технических наук" (г. Ставрополь, 2012 г.), III Международной научно-практической конференции "Теоретические и практические аспекты развития современной науки", на расширенном заседании кафедры "Технология машиностроения" ГОУ ВПО "Омский государственный технический университет"; на семинаре кафедр ОмГТУ "Металлорежущие станки и инструменты" и "Технология машиностроения". Публикации:
По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 3 работы в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования материалов диссертаций.
Объем и структура диссертации:
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных литературных источников (150 наименований). Объем работы 130 страниц, в том числе 35 рисунков и 2 таблицы, приложение на 10 страницах.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность исследуемой проблемы в связи с современным состоянием вопросов технологического обеспечения точности обработки тонкостенных деталей в авиационном моторостроении.
В первой главе приведены результаты анализа состояния проблемы технологического обеспечения точности обработки нежестких деталей. Рассмотрены основные публикации, посвященные технологическому обеспечению точности обработки деталей - тел вращения. Приведены результаты анализа основных технологических проблем достижения заданных параметров точности при изготовлении тонкостенных деталей авиационных двигателей.
Анализ имеющихся в литературе данных показал, что разработанные различными исследователями методы достижения требуемой точности нежестких деталей имеют ограниченное применение в реальных производственных условиях. Кроме того, недостаточно изучены особенности механической обработки тонкостенных ступенчатых деталей типа колец. В литературе приводится недостаточное количество сведений, которые можно применить для обоснования выбора тех или иных средств технологической подготовки производства таких деталей.
Проблемы обеспечения требуемой точности формы и размеров обрабатываемых поверхностей при реализации технологического процесса находили отражение в работах основоположников технологии машиностроения - А.П.Соколовского, В.С.Корсакова, Б.С.Балакшина, В.М.Кована, А.М. Дальского и других исследователей. Ими были впервые поставлены основные задачи технологического обеспечения точности обработки деталей и технологического наследования признаков, характеризующих точность выполняемых размеров.
Следует отметить значимость исследований жесткости технологической системы и характера упругих деформаций системы под действием приложенных к ней сил. В этой области основополагающими являются труды А.П.Соколовского и Н.А.Бородачева.
Также рассмотрены различные методики определения суммарной погрешности обработки (статистический, расчетно-аналитический методы и др.), дана оценка возможности их применения на современных машиностроительных предприятиях.
В результате аналитического обзора состояния вопроса определено направление исследования, сформулированы цель и задачи диссертационной работы.
Во второй главе выполнено теоретическое обоснование выполняемого исследования.
Описано явление технологической наследственности и особенности наследования свойств заготовки при реализации технологического процесса обработки деталей типа тонкостенных колец. До определенного этапа развития технологии машиностроения полагалось, что свойства деталей обеспечиваются лишь на финишных операциях технологического процесса. Однако было выявлено, что недостоверная оценка погрешностей на всех стадиях реализации технологического процесса приводит к дополнительным сложностям по выдерживанию точностных параметров окончательно обработанной детали даже при строгом соблюдении всех прочих требований.
Отсюда следует вывод о том, что целесообразно рассматривать всю совокупность операций, т.к. свойства детали создаются на протяжении всего технологического процесса обработки. При этом проявляется взаимосвязь и взаимозависимость параметров, создаваемых на предшествующих и последующих операциях.
Исследовано влияние точности станочных приспособлений на конечный результат обработки. В производстве деталей авиационных двигателей роль станочных приспособлений очень велика. Их главная задача - в имеющихся производственных условиях обеспечить заложенные в конструкции детали требования к точности размеров, формы и взаимного расположения поверхностей обрабатываемой детали.
При проектировании специальных станочных приспособлений для обработки тонкостенных деталей авиационных двигателей необходимо учесть недостаточную жесткость обрабатываемой заготовки. Приспособление в этом случае должно обеспечивать не только точность выполняемого размера и качественные параметры обрабатываемых поверхностей, но и исключать возникновение недопустимых деформаций заготовки под действием усилий закрепления и усилий резания. Сложность заключается в том, что с одной стороны, приспособление должно жёстко базировать заготовку, чтобы предотвратить возможные смещения от воздействия приложенных сил, с другой - не вызывать искажения формы после открепления обработанной детали со станка.
Далее рассмотрены различные схемы закрепления деталей и соответствующие методы расчета. При закреплении кольца в трехкулачковом патроне, кольцо рассматривается под действием трех радиальных сил Р, приложенных под углом 1200 (рис. 1).
Рис. 1. Расчетная схема при закреплении кольца в трехкулачковом патроне
Можно установить, что поперечная сила Q0 в сечении О-О из условий симметрии равна нулю, а в сечении 1-1 она определится как:
(1)
Проецируя силу Q1 и нормальную силу N1 на сечение О-О, получим:
(2)
Отсюда N1=-0,289P. Аналогично находим, что N0=-0,577P.
Величина изгибающего момента М0, действующего в сечении О-О, статически неопределима, поэтому для ее решения используется теорема Кастильяно. Сечение О-О при изгибе не поворачивается, поэтому перемещение от момента М0 равно нулю, следовательно
, (3)
где u - потенциальная энергия деформации изгиба шестой части кольца от сечения О-О до точки приложения силы Р.
Для сечения m-m, составляющего угол  с сечением О-О изгибающий момент получим равным:
, (4)
где R - средний радиус кольца.
Далее, применяя методы теории упругости, находим перемещение в сечении 1-1:
Перемещение в сечении О-О (при =0) определится как:
Знак минус означает, что в данном сечении имеет место выпучивание кольца.
Для снижения величины упругих деформаций кольца патрон оснащается устройством для контроля перемещений. При этом производится одновременное измерение перемещений в сечениях О-О и 1-1, с помощью которого получаем соотношение величин 1 и 0. Схема нагружения кольца при закреплении в четырехкулачковом патроне показана на рис. 2. Рис. 2. Схема нагружения кольца при закреплении в четырехкулачковом патроне
По аналогии с предыдущим случаем можно определить поперечные и нормальные силы в сечениях О-О и 1-1:
Применяя аналогичные методы преобразований, получаем при (т.е. в месте приложения силы Р) перемещение:
Перемещение в сечении О-О при =0
При обработке тонкостенных деталей типа гильз чаще всего применяются оправки. При обработке гильзы основными установочными базами являются наружные и внутренние цилиндрические поверхности, а также торцевые поверхности. На рис. 3 показана типовая конструкция приспособления для токарной обработки гильзы. Рис. 3. Конструкция приспособления для обработки гильз
В литературных источниках приводятся данные, характеризующие технические требования к приспособлению для обработки гильз:
* радиальное биение поверхностей Б и В относительно поверхности Д не более 0,02 мм;
* торцовое биение поверхности Г относительно оси поверхности Д не более 0,05 мм;
* отклонение от соосности поверхностей Е и Ж не более 0,06 мм.
Рис. 4. Схема для расчета перемещений в прямоугольной системе координат
Проведено исследование напряженно-деформированного состояния тонкостенного кольца при его обработке с применением методики расчета полей перемещений в прямоугольной системе координат для определения деформаций.
Некоторые допущения делают возможным определение поля перемещений в прямоугольной системе координат в линейной постановке (рис. 4).
Система уравнений, описывающая процесс перемещения с учетом принятых допущений имеет вид:
(9)
где u - перемещение по осям координат.
Для того чтобы заменить дифференциальное уравнение (9) уравнением в конечных разностях, построим пространственную прямоугольную сетку рядом плоскостей, параллельных координатным плоскостям с расстоянием между ними х, у, z соответственно (рис. 4).
Точки сетки пронумеруем в направлении оси х: 0,1,2,3...,i-1, i, i+1, ...; в направлении оси у: 0,1,2,3,...,n-1, n, n+1, ...; в направлении оси z: 0,1,2,3,..., m-1, m, m+1, ... . Шаги интегрирования по соответствующим координатным осям принимаем х, у, z.
Внутри данной области выделим пространственную сетку, ее узловые точки обозначим: о,а,б,в,г,д,е. Перемещения в этих точках в момент к:
ui,n,m,k - перемещение в точке о с координатами (хi, yn, zm);
ui-1,n,m,k - перемещение в точке а с координатами (хi-1, yn, zm);
ui+1,n,m,k - перемещение в точке б с координатами (хi+1, yn, zm);
ui,n-1,m,k - перемещение в точке в с координатами (хi, yn-1, zm);
ui,n+1,m,k - перемещение в точке г с координатами (хi, yn+1, zm);
ui,n,m-1,k - перемещение в точке д с координатами (хi, yn, zm-1);
ui,n,m+1,k - перемещение в точке е с координатами (хi, yn, zm+1);
Обозначим перемещение в сетке О в момент к+1=к+ через ui,n,m,k+1.
Искомая функция перемещения u(x,y,z,k) в любой точке поверхности может быть представлена формулой Тейлора для функции четырех независимых переменных:
(10)
Так как все функции ui+1,n,m,k , ui,n+1,m,k , ui,n,m+1,k , ui-1,n,m,k , ui-1,n-1,m,k , ui,n,m-1,k отнесены к одному и тому же времени к, в выражении (9) принимаем =0. Таким образом, из соотношения (9) можем получить функции для всех точек о,а,б,в,г,д,е. Основная рабочая формула для определения перемещений после преобразований будет иметь вид:
(11)
где Fox=a /x2, Foy=a /y2, Foz=a /z2
С помощью выражения (11) и при известных перемещениях в точках О,а,б,в,г,д,е в момент времени к, становится возможным найти перемещение в точке О в последующий момент времени к+1. Таким образом, вычисляя перемещение по формуле (11) в разных точках пространственной сетки, находим искомое поле деформаций.
При исследовании особенностей закрепления тонкостенных заготовок в станочных приспособлениях было выявлено, что под действием усилий закрепления деформируется не только сама деталь, но и ее поверхностные слои в местах контакта с установочными поверхностями приспособления.
Исследование деформаций поверхностного слоя заготовки при ее закреплении в станочном приспособлении показало, что неправильность контактирующих поверхностей в значительной степени уменьшает жесткость стыка.
Правильная установка детали предполагает не только базирование в приспособлении (т.е. определение положения заготовки относительно других элементов технологической системы), но и фиксацию положения заготовки и компенсацию сил, стремящихся сдвинуть ее. Основная из этих сил - сила резания. Она носит переменный характер вследствие изменения припуска и свойств материала. По мере передвижения режущего инструмента относительно обрабатываемой детали меняются направление и точка приложения силы резания. При наличии упругости в системе установочных элементов и зажимных устройств изменение величины и положения внешних сил вызывает смещение детали относительно инструмента и, как следствие, изменение получаемого размера и формы обработанной поверхности. Методом уменьшения влияния этих переменных сил служит предварительный натяг между заготовкой и установочными элементами.
Рассмотрен способ закрепления тонкостенной кольцевой заготовки в планшайбе на шести секторах, расположенных с одинаковым шагом по окружности. Для нахождения изгибающего момента и нормальной силы, действующей в сечении кольца, используем принцип суперпозиции. Он заключается в том, что воздействие шести радиальных сил представляется в виде двух схем (рис. 5). Необходимые величины находятся для каждой из этих схем, а затем они суммируются.
Рис. 5. Разложение схемы закрепления кольца
С применением разложения схемы закрепления, найденное перемещение в сечении 1-1 составит:
Перемещение в сечении 2-2:
В третьей главе описан экспериментально-теоретический метод технологического обеспечения точности обработки тонкостенного кольца.
В качестве образца для исследования выбрано тонкостенное кольцо переменного сечения (рис. 6).
Рис. 6. Конфигурация исследуемого образца
1,2 - нежесткие элементы детали
Особенностью конструкции детали является изменение жесткости от минимального до максимального значения пропорционально изменению толщины ступеней. В связи с этим, возникает необходимость учета величин деформаций каждой ступени. В результате снятия припуска в процессе обработки уменьшается толщина стенок, соответственно уменьшается и жесткость каждой ступени. Заготовка для изготовления рассматриваемой детали представляет собой цельнокатаное кольцо из титанового сплава ВТ-20. В технологии изготовления кольца используется принцип обработки за одну установку, т.е. основной профиль детали формируется на одной операции токарной обработки. Это позволяет исключить возникновение погрешностей вследствие переустановки заготовки.
В соответствии с требованиями к деталям исследуемого класса, разработана конструкция приспособления, обеспечивающего надежную фиксацию кольцевой заготовки в процессе обработки детали.
В качестве приводящего устройства применен винтовой механизм. Его конструкция показана на рис. 7.
Рис. 7. Конструкция зажимного элемента планшайбы
На единой оси 7 закреплены приводная гайка 6, крышка 2 и конус 1. Круговое движение резьбового соединения гайка - ось преобразуется в поступательное движение конуса, на торце которого посредством винтов 3 закреплена предохранительная крышка 2. Шпонка 5, закрепленная на оси, выполняет функцию предотвращения от проворачивания. Движение конуса 1 вдоль оси приспособления необходимо для более точной наладки приспособления в зависимости от фактической величины внутреннего диаметра обрабатываемой заготовки.
Функцию разжимных элементов в приспособлении будут выполнять шесть секторов, расположенных с одинаковым шагом по окружности корпуса планшайбы. При этом зазор между секторами выполнен минимально возможным с учетом допустимого хода секторов в радиальном направлении. На рис. 8 показана конструкция сектора.
Рис. 8. Конструкция сектора планшайбы
Приведена классификация существующих способов неразрушающего контроля, применяемых в машиностроении, а также дано обоснование выбора метода для проведения исследования. К достоинствам ультразвукового метода относятся:
* высокая чувствительность, позволяющая выявлять мелкие дефекты;
* большая проникающая способность, позволяющая обнаруживать внутренние дефекты в крупногабаритных изделиях;
* возможность определения места и размеров дефекта;
* возможность контроля при одностороннем доступе к изделию;
* безопасность работы оператора и окружающего персонала.
Рис. 9. Ультразвуковой дефектоскоп УД2-12
В данном случае контроль плотности сопряжения опорных секторов планшайбы и внутренней поверхности кольцевой заготовки осуществляется при помощи ультразвукового дефектоскопа УД2-12 (рис. 9).
Для настройки дефектоскопа необходимо изготовить контрольный образец, или эталон. Контрольный образец представляет собой плотное соединение части детали с имитатором сектора приспособления (рис. 10). Имитатор изготовлен из того же материала, что и сектор планшайбы, и обладает идентичными поверхностными свойствами. Следует отметить, что для использования в производстве товарных деталей контрольный образец проверяется на пригодность метрологической службой предприятия и может быть использован только после положительного заключения о его соответствии.
Разработанная методика неразрушающего контроля применима для выявления "несплошностей" контакта опорных секторов приспособления и внутренней поверхности обрабатываемого кольца. Посредством соответствующей поднастройки системы с помощью механизма настройки опорных секторов планшайбы получаем возможность компенсировать погрешности закрепления заготовки в станочном приспособлении и тем самым повысить качество механической обработки детали.
В четвертой главе диссертации произведен анализ результатов экспериментального исследования напряженно-деформированного состояния тонкостенного кольца. Приведен расчет величины допустимой погрешности формы исходя из величины допустимого утонения тонкостенного кольца. В качестве критерия оценки точности формы нежесткого кольца на этапе реализации технологической операции можно принять коэффициент заполнения профиля Кзп в сопряжении внутренней поверхности кольца и наружной поверхности элемента приспособления. Рассмотрим два варианта: первый - когда площадь опорной поверхности Sоп равна площади контурной поверхности Sк, второй - при неполном прилегании поверхностей, когда Sоп< Sк (рис. 11).
Отклонение формы ф кольца эквидистантно его наружной поверхности. Поэтому при воздействии силы резания Ру в процессе обработки отклонение ф будет уменьшаться на величину упругой деформации кольца у. Известно, что сила резания Ру возрастает пропорционально снимаемому припуску.
Рис. 11. Варианты контактного взаимодействия поверхностей детали и приспособления: а - полное прилегание поверхностей при Кзп=1, Sоп=Sк;
б - неполное прилегание поверхностей при Кзп<1, Sоп<Sк
(1 - контурная поверхность, 2 - опорная поверхность)
Известно, что деформации наружной поверхности могут изменяться от нуля до некоторого максимального значения. При этом (рис. 11) изменение радиусов колец определяется следующим образом:
где U1, U2 - радиальное перемещение колец, равное соответственно -q1 и -q2 (q - контактное давление, 1 и 2 - коэффициенты радиальной податливости); ф - отклонение формы.
В свою очередь:
где Е1 и Е2 - модули упругости тонкостенного кольца и элемента приспособления.
Окружные напряжения 1 и 1 определяют следующим образом:
где 1, 2 - относительная деформация кольца и элемента приспособления соответственно; i=Ri / Ri (Ri - изменение радиуса кольца).
Рис. 12. Схема контактного взаимодействия тонкостенного кольца с учетом неплотности контакта
Наибольшая допустимая величина погрешности формы ф из условия допустимого утонения кольца:
где ir - наименьшее значение (из двух) предела текучести материала. В рассматриваемом случае точность выполняемого размера должна обеспечиваться при условии 1<2.
Разработана методика расчета зависимостей угла поворота и осевого смещения кольца под действием усилий резания и закрепления. Расчетная схема представлена на рис. 13.
Рис. 13. Расчетная схема кольца
Общая осевая сила определится как: Q = 2a1q1 = 2a2q2 (21)
где a1, a2 - расстояние от оси до линий действия нагрузок (рис. 13),
q1 , q2 - действующие нагрузки.
В рассматриваемом случае q1 - сила резания, q2 - сила закрепления.
Используя известные зависимости для нахождения момента и растягивающей силы в сечении кольца, получим формулы для расчета осадки кольца и напряжений в сечении.
Осадка кольца вдоль оси действия силы (перемещение точки приложения силы):
(22)
Напряжения в поперечном сечении кольца:
(23)
Используя программу MathCAD, получим возможность автоматизированного расчета и вывода графической зависимости угла деформации и осадки (то есть осевого перемещения) детали под действием силы резания и противодействующей ей силы закрепления. Полученный график показан на рис. 14.
В конце четвертой главы диссертации приведены разработанные практические рекомендации, разработанные на основе исследования напряженно-деформированного состояния тонкостенного кольца под воздействием усилий резания и закрепления.
Основные результаты и выводы
1. При проведении теоретического исследования и анализа данных научно-технической литературы была установлена проблема технологического обеспечения точности механической обработки тонкостенных кольцевых деталей переменного сечения.
2. Исследовано влияние точности технологической оснастки и ее элементов на возникновение погрешностей формы и выполняемых размеров при обработке тонкостенных колец.
3. Для определения деформации тонкостенной кольцевой заготовки разработана методика расчета с применением расчета полей перемещений в прямоугольной системе координат.
4. Разработана конструкция образца для исследования и конструкция приспособления - планшайбы с шестью опорными секторами, позволяющей обеспечить точность обработки детали.
5. Разработана методика неразрушающего контроля точности сопряжения посадочных элементов приспособления и внутренней поверхности заготовки с применением ультразвуковой дефектоскопии.
6. Проведены экспериментальные исследования, которые показали, что применение разработанной конструкции оснастки и улучшение технологической наладки за счет введения неразрушающего контроля позволят повысить качество выполнения операций чистовой токарной обработки тонкостенных деталей типа ступенчатых колец.
7. Подтверждена возможность использования результатов исследования при изготовлении деталей авиационных двигателей на Филиале "ОМО им. П.И.Баранова" ФГУП "НПЦ Газотурбостроения "Салют".
Основные положения и результаты диссертации отражены в следующих работах:
1. * Моргунов А.П., Чхетиани Е.Ю.** Технологическое обеспечение точности механической обработки тонкостенных деталей авиационных двигателей // Омский научный вестник. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2012. -№ 1(107). - С. 130-132.
2. * Моргунов А.П., Чхетиани Е.Ю.** Технологическое обеспечение и неразрушающий контроль точности обработки нежестких деталей на примере тонкостенного ступенчатого кольца // Омский научный вестник. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2012. - № 1(107). - С. 127-129.
3. * Моргунов А.П., Чхетиани Е.Ю.** Влияние фактора жесткости технологической системы на точность механической обработки тонкостенного фланца переменного сечения // Омский научный вестник. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2012. - № 2(108). 4. Моргунов А.П., Чхетиани Е.Ю.** Обеспечение заданных точностных параметров при обработке деталей в условиях нежесткой технологической системы // Достижения и перспективы естественных и технических наук: материалы междунар. науч.-практ. конф. - Ставрополь, 2012. - С.42-45.
5. Моргунов А.П., Чхетиани Е.Ю.** Повышение точности обработки тонкостенных деталей авиационных двигателей с применением методов неразрушающего контроля // Вопросы современной науки и практики. Проблемы, технологии, управление: сборник науч. статей. - Казань, 2012. - С. 48-50.
6. Чхетиани Е.Ю.** Исследование напряженно-деформированного состояния при обработке тонкостенного кольца // Теоретические и практические аспекты развития современной науки: матер. междунар. науч.-практ. конф. - Волгоград, 2012. * Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК
** Фамилия изменена на Денисову (Свидетельство о заключении брака 1-КН № 767622 от 19.04.12 г.)
2
Документ
Категория
Технические науки
Просмотров
1 339
Размер файла
2 182 Кб
Теги
кандидатская
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа