CC BY
40
2006
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Аэромеханика и прочность, поддержание летной годности ВС
№103
УДК 629.735.015.4: 539.219.2
АЛГОРИТМ ПРИДАНИЯ ПАНЕЛЯМ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ФОРМЫ ДРОБЕСТРУЙНОЙ ОБРАБОТКОЙ
Г. М. РЫБАКОВ
В статье описывается новый алгоритм. Алгоритм моделирует изменение пластической деформации в поверхностном слое детали в течение обработки дробью и обладает возможностью создавать заданные параметры кривизны металлических панелей.
Анализ использования дробеструйной обработки в авиационной промышленности за последние 70 лет показывает, что применение этой технологии основано на экспериментальных исследованиях, результаты которых до сих пор не связаны в единую систему на основе фундаментальной научной базы.
Нами впервые найдены фундаментальные принципы формообразования деталей дробеструйной обработкой, основанные на классических законах упругого и пластического деформирования различных материалов.
Алгоритм, построенный на этих фундаментальных принципах, дает возможность управлять режимами дробеструйной обработки и получать необходимые параметры кривизны деталей машиностроения, в частности, панелей переменной жесткости.
Возможности алгоритма описаны несколькими ситуациями.
Ситуация 1.
Управление кривизной образцов при помощи "предсказывающей функции"
В качестве образцов для исследований использовали пластины размером 75*20*0.86 мм, изготовленные из алюминиевого сплава. Дробеструйную обработку провели при давлении сжатого воздуха, разгоняющего дробь, 0.2 МПа и переменном времени обработки т = var. В качестве обрабатывающей среды применили стальную дробь 0 0.2 мм. Изменение кривизны пластин, выгибавшихся навстречу потоку дроби, определили стандартным способом "Almen streeps" [1] по прогибу пластин.
"Предсказывающая функция" основана на свойстве материала поглощать энергию [2], подводимую дробью, и преобразовывать ее в деформацию (кривизну) образца в процессе дробеструйной обработки. Прежде, чем применить "предсказывающую функцию", получают два прогиба fl и f2 (см. рис. 1) и измеряют промежуток времени, за который они получены. В каждый следующий такой же промежуток времени материал поглощает порцию энергии, которую "предсказывающая функция" использует для определения следующего значения прогиба: f3, f4, ..., fn.
На рис. 1 показано действие алгоритма, снабженного "предсказывающей функцией", которая дает возможность узнать как будет меняться кривизна в процессе обработки, не проводя эксперимент. Как показано на рис. 1, кривизна пластин, предсказанная алгоритмом, практически совпадает с экспериментальными точками.
Рис. 1
Ситуация 2.
Управление кривизной образца при варьировании энергетическим уровнем режима дробеструйной обработки
Энергетический уровень режима дробеструйной обработки определяется давлением сжатого воздуха, разгоняющего дробинки до соответствующей скорости. Повышение энергетического уровня обработки повышает кривизну пластин при том же времени обработки.
На рис. 2 показана ситуация, при которой энергетический уровень обработки повышен за счет повышения давления сжатого воздуха с 0.2 МПа до 0.3 МПа. Алгоритм использует подпрограмму, которая рассчитывает скорость дроби как функцию давления сжатого воздуха, и определяет поглощаемую материалом энергию. Для исследований использованы такие же контрольные пластины, которые описаны в ситуации 1. Как видно из рис. 2, кривизна пластин, обработанных повышенным энергетическим уровнем и кривизна рассчитанная алгоритмом, практически совпадают по всем экспериментальным точкам.
В этой же ситуации алгоритм определяет повышение производительности обработки. Для этого он находит одинаковые прогибы пластин, полученные на различных энергетических уровнях. Прогиб, полученный на режиме с большим энергетическим уровнем, обепечивает меньшее время обработки, т.е. большую производительность.
Ситуация 3.
Управление кривизной при изменении жесткости образца
Для исследований применили образцы, выполненные в виде стержней прямоугольного сечения размером 150*20*Н, изготовленные из алюминиевого сплава. Было использовано два вида образцов с Н = 5.375 мм и Н = 7.645 мм. В этом случае жесткость образцов определяется их толщиной Н.
Дробеструйную обработку проводили на постоянном энергетическом уровне при давлении сжатого воздуха 0.2 МПа и переменном времени обработки. При этом условии образцы получают одинаковую энергию в каждую единицу времени и приобретают кривизну, соответствующую поглощенной энергии и жесткости.
Алгоритм использует подпрограмму, в которой кривизна является функцией от двух факторов: жесткости образца и количества поглощенной энергии.
На рис. 3 показано действие алгоритма, который использует предварительно построенный график кривизны образца с Н = 5.375мм, чтобы рассчитать и построить график кривизны образца с Н = 7.645мм.
I7, мм
і, с
10 20 30 45 60
Рис. 2
90
Г, мм
0.400
0.250 ■
0.125-
* к сл ерименталь-на я := а е= и о и г л от ь
^у.Н-5.375мм действие ал / Н=7.645 |Г
V-—•---------->-------•
/ / \ расчетнаязав и си м о ст ь
V ^
алгоритма
10 20 30
Рис. 3
Ситуация 4.
Придание кривизны панели переменной жесткости
Панель была изготовлена из алюминиевого сплава и имела ребра жесткости с различной прочностью, как показано на рис. 4.
Чтобы проверить надежность работы алгоритма, было решено придать панели сферическую форму дробеструйной обработкой.
Обеспечить сферическую форму панели такой конструкции, применяя традиционные методы обработки металлов давлением, невозможно. На панели выделили три зоны жесткости. Для каждой из этих зон алгоритм определил режим с соответствующим энергетическим уровнем и временем экспозиции. Для обеспечения заданной шероховатости [3] обрабатываемой поверхности выбрали стальную дробь 0 0.2 мм. Схема обработки панели представлена на рис. 4.
А
Вид А
Рис. 4
Кривизну панели до и после обработки измеряли на плоской поверхности панели в четырех сечениях и восьми контрольных точках относительно точки 0, расположенной в геометрическом центре поверхности (см. рис. 4). До обработки все контрольные точки были расположены на одном уровне с точкой 0. После обработки контрольные точки сместилисть ниже точки 0. Величину смещения каждой точки измеряли, а кривизну панели в каждом сечении определяли по трем точкам, образующим дугу соответствующего радиуса. Результаты измерений сведены в таблице.
Таблица
Результаты измерения кривизны панели переменной жесткости
Сечение Радиус кривизны по каждому сечению R, мм Отклонение среднего радиуса Rср. от радиуса сечения в %
4 - 0 -1 11602 Средний радиус кривизны Rср.= 11576 0.2
2 - 0 -3 12329 6.5
А - о - C 10845 6.7
В - 0 - D 11528 0.4
ЛИТЕРАТУРА
1. Almen, J.O.,Peening Surfaces Improve Endurance of Machine Parts, Metal Progress, 43 (February 1943), p. 209 - 217.
2. Рыбаков Г.М. Управление процессом дробеструйной обработки при повышении выносливости сложнонагруженных деталей. М.: Научный Вестник №1, МГТУ ГА, серия Аэромеханика и прочность, поддержание летной годности ВС, 1998.
3. Рыбаков Г.М. Управление процессом дробеструйной обработки при повышении выносливости сложнонагруженных деталей - в сб. Технология, экономика и организация производства технических систем. М.: МГИУ, Межвузовский сборник научных трудов, 2003.
ALGORITHM CREATES AERODYNAMICAL FORM FOR PANEL WITH SHOT PEENING
TECHNOLOGY
Rybakov G.M.
This paper describes New Algoritm. This algorithm simulates the change plastic deformation in the surfase layer of the component during shot peening, and eventually create the given parameters of curvature of metallic panels.
Сведения об авторе
Рыбаков Григорий Максимович, 1940 г.р., окончил МВТУ им. Н.Э. Баумана (1970), кандидат технических наук, профессор кафедры технологии и металлорежущих систем автомобилестроения ГОУ МГИУ, автор более 40 научных работ, область научных интересов - поверхностная пластическая деформация деталей машиностроения.
