CC BY
37
Relmasira Kapresi Jolan, postgraduate, winnerclass@gmail. com, Russia, Tula, Tula State University,
Leonov Andrei Yurievich, postgraduate, leonov. emw @mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kostygova Olga Viktorovna, student, kostygova_o@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.7
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ТОЧНОСТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТОНКОСТЕННЫХ ОБОЛОЧЕК
И.А. Матвеев
Рассмотрен вопрос повышения точностной надежности изготовления осе-симметричных корпусов. Проведен анализ технологии изготовления осесимметричных оболочек, в опытном производстве реализованы экспериментальные исследования. Сделан статистический и регрессионный расчет влияния твердости заготовки на точность диаметра базового отверстия. Установлено незначительное проявление наследственных связей.
Ключевые слова: термическая обработка, ротационная вытяжка, технологическая наследственность, статистический анализ, точностная надежность.
Растущая потребность в производстве тонкостенных цилиндрических деталей, наряду с предъявляемыми к ним высокими требованиями по точности геометрической формы, диаметральным размерам, толщине стенки, качеству поверхности и механическим свойствам, связанным с обеспечением надежности эксплуатации деталей в условиях агрессивной среды, высоких температур и давлений, определяют необходимость совершенствования методов их изготовления. Поэтому важнейшими задачами, стоящими перед промышленностью, являются повышение качества выпускаемой продукции, экономия материала и повышение производительности труда [1].
Обеспечение размерной точности, качества наружной и внутренней поверхности при изготовлении полых тонкостенных деталей, широко используемых в конструкциях машин, встречает определенные трудности [2]. На производстве, занимающемся изготовлением изделий специального назначения, возникает вопрос повышения точностной надежности обработки цилиндрических тонкостенных оболочек длиной более 1 м.
Технологический процесс изготовления данного типа изделий разработан для условий серийного производства и ориентирован соответственно на сравнительно большой объем выпуска продукции. Характерными особенностями технологии изготовления являются метод получения заготовки ротационной вытяжкой, использование при предварительной механической обработке универсального металлорежущего оборудования, применение при окончательной обработке станков с ПУ, а также использование при контрольных замерах в большей части специальных средств измерения [3 - 9].
Исходной заготовкой является труба размером 110x14 по ТУ 1308005-33116077-2001 из конструкционной комплексно-легированной стали 12Х3ГНМФБА по ТУ 1308-001-49967239-98. Предел прочности стали ов = 1000...1150 Н/мм2.
В табл. 1 представлена последовательность технологии изготовления цельнометаллической сложнопрофильной оболочки ротационной вытяжкой.
Проанализировав технологию изготовления протяженных осесим-метричных корпусов и учитывая проводимые ранее исследования в области ротационной вытяжки [10 - 19], можно утверждать, что значительное влияние на точностные характеристики изделия оказывает внутренний базовый диаметр.
В продолжение работ по изучению влияния случайных технологических погрешностей на заданные конструктивные параметры изделия было принято решение о проведении исследования, целью которого ставится нахождении зависимости точностных параметров базового отверстия после ротационной вытяжки от твердости заготовки.
Термическая обработка согласно технологическому процессу проводится в шахтной электропечи модели ША-3. Закалка производится при ? = 910 °С с временным промежутком 135 мин, охлаждение проходит на воздухе. Отпуск производится при ? = 560 °С с временным промежутком 240 мин также с охлаждением на воздухе.
Механическими требованиями, которым должны отвечать заготовки, являются следующие параметры: временное сопротивление ов = 1100.1250 Н/мм2; относительное удлинение 5 = не менее 7 %.
Требуемый показатель твердости равен не менее 341 НВ (диаметр отпечатка не более 1,65). Замер производится с двух сторон на расстоянии 25 мм от края (рис. 1,а).
В эксперименте, проведенном в реальных производственных условиях, были обработаны две партии из 83 заготовок, для которых и были проведены статистические исследования точности [20].
Значения твердости после термической обработки определялись по диаметрам отпечатков с помощью измерительной лупы (ГОСТ 8.398-80) с ценой деления 0,01 мм. Замеры показали: максимальное значение 415 НВ, минимальное 363 НВ, при среднем значении 403 НВ.
46
Таблица 1
Последовательность изготовления цельнометаллической сложнопрофильной оболочки
Последовательность операций
1. Разрезка труб на мерные заготовки
2. Механическая обработка (обточка, расточ ка).
3. Термообработка (закалка, отпуск)
4. Механическая обработка (чистовое точение, растачивание)
Стадия обработки изделия
5. Ротационная вытяжка:
первый проход
6. Обжим утолщения.
7. Низкотемпературный отжиг
Измерения диаметра базового отверстия после ротационной вытяжки (рис. 1,б) проводились индикаторным нутромером (ГОСТ 868-82) с ценой деления 0,01 мм. Замеры показали: максимальное значение 116,35 мм, минимальное 116,03 мм, при среднем значении 116,19 мм.
В программной среде 8ТЛТ18Т1СЛ, интегрированной системе анализа и управления данными, проведена обработка результатов эксперимента и рассчитаны описательные статистики, сведенные в табл. 2.
а б
Рис. 1. Схемы контроля: а - твердости заготовки после закаливания; б - диаметра базового отверстия после ротационной вытяжки
Таблица 2
Рассчитанные описательные статистики
Объем выборки N Валидные 83
Пропущенные 0
Среднее значение, мм 116,1940
Стандартная ошибка среднего значения, мм 0,009126
Медиана, мм 116,1900
95% доверительный интервал для среднего Нижняя граница, мм 116,1758
Верхняя граница, мм 116,2121
Мода, мм 116,1800
Частота моды 6
Стандартное отклонение, мм 0,083139
Дисперсия, мм2 0,006912
Асимметрия -0,101132
Стандартная ошибка асимметрии 0,264174
Эксцесс -0,996434
Стандартная ошибка эксцесса 0,522613
Размах, мм 0,320000
Минимум, мм 116,0300
Максимум, мм 116,3500
Сделан регрессионный анализ (исследовано влияние независимой переменной Xна зависимую переменную У) (рис. 2, 3).
116,40 116,35
н Ф
2 116,30
га
к
^ 115,25
| £ 116,20 О
™ 116,15
| 116,10 41
Ь 116,05
Ой
116,00
о о ° 8 0 I О § ---_____.....- -
........ о о 0 ° 8
0 о о о
360
420
370 380 390 400 410 Твердость по Бринеллю, НВ (X)
Рис. 2. Регрессионный анализ опытной партии №1
Рис. 3. Регрессионный анализ опытной партии №2
Сплошной линией на рисунках представлены графики уравнения регрессии, а пунктирными - доверительные интервалы.
Для проверки гипотезы о нормальном распределении случайной величины Х противопоставлены между собой экспериментальные и теоретические частоты по критерию Пирсона. Графически результат представлен на рис. 4.
45
40
35
з
5 30
I 25
ю
3 20
г
^ 10 5 0
115,9 116,0 116,1 116,2 116,3 116,4 116,5 Верхние границы
Рис. 4. Гипотеза о нормальном распределении
Таким образом, проведя статистический и регрессионный расчет влияния твердости заготовки на точность диаметра базового отверстия, экспериментально установлено незначительное проявление наследственных связей. Обоснованием служит то, что большинство показателей замерных заготовок при регрессионном анализе оказываются за пределами доверительных интервалов, рассчитанных в программной среде 8ТЛТ18Т1СЛ.
Список литературы
1. Трегубов В.И. Ротационная вытяжка с утонением стенки цилиндрических деталей из труб на специализированном оборудовании. Тула: Изд-во ТулГУ, 2002. 148 с.
2. Ротационная вытяжка осесимметричных оболочек из анизотропных материалов с разделением очага деформации / С. С. Яковлев [и др.] // Вестник машиностроения. 2015. №1. С. 73-78.
3. Нгуен Хыу Луен, Ямников А.С., Киселев В.Н. Геометрические параметры качества труб // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2006. С. 27-31.
4. Нгуен Хыу Луен, Ямников А.С., Киселев В.Н. Анализ способов установки нежестких заготовок с существенными отклонениями от цилин-дричности // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2004. Вып. 2. С. 18-22.
5. Ямников А.С., Ямникова О.А., Киселев А.В. Погрешность закрепления при консольном закреплении тонкостенной трубной заготовки, имеющей исходную овальность // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2016. № 1 (315). С. 90-96.
6. Ямников А.С., Чуприков А.О. Токарные патроны для закрепления тонкостенных заготовок // Вестник машиностроения. 2015. № 8. С. 6466.
7. Yamnikov A.S., Chuprikov A.O. Chucks for Thin-Walled Blanks // Russian Engineering Research. 2015. Т. 35. № 11. С. 838-840.
8. Быков Г.Т., Маликов А.А., Ямников А.С. Центрирование овальных тонкостенных цилиндров на цанговой оправке // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2009. Вып. 1. Ч. 1. С. 10-17.
9. Быков Г. Т., Маликов А. А., Ямников А.С. Определение погрешности базирования тонкостенных цилиндров при установке на цанговую оправку // Технология машиностроения. 2010. № 1. С. 21-24.
10. Чуприков А.О., Ямников А.С. Повышение точности токарной обработки путем минимизации деформационных погрешностей // Проблемы и достижения в науке и технике: сб. научных трудов по итогам международной научно-практической конференции / Инновационный центр развития образования и науки. Омск, 2014. С. 15-17.
11. Матвеев И. А., Киселев А.В., Ямников А.С. Компенсация влияния технологической наследственности при токарной обработке искривленных заготовок // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2014. Вып. 9. Ч. 2. С. 193-200.
12. Матвеев И.А., Ямников А.С. Точность операции растачивания протяженных осесимметричных корпусов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 8. Ч. 2. С. 9-15.
13. Ямников А.С., Матвеев И. А. Статистический анализ точности механической обработки протяженных деталей из штампованной заготовки типа «стакан» // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып. 5. Ч. 2. С. 121-126.
14. Матвеев И.А., Ямников А.С., Ямникова О.А. Статистический анализ точности предварительной токарной обработки трубной заготовки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып. 11. Ч. 1. С. 111 -120.
15. Ямников А.С. Научные основы технологии машиностроения: учеб. пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. Ч. 1. 398 с.
16. Дальский А.М. Технологическая наследственность в сборочном производстве. М.: Машиностроение, 1978. 45 с.
17. Матвеев И. А., Ямников А.С. Технологическая наследственность в прогрессивной технологии изготовления протяженных осесимметричных корпусов // Механики XXI веку. 2016. № 15. С. 119-124.
18. Матвеев И. А., Ямников А.С. и Ямникова О. А. Корреляционная связь размеров базового отверстия протяженных деталей до и после ротационной вытяжки // Справочник. Инженерный журнал. 2017 №7. С. 3-7.
19. Ямников А.С., Чуприков А.О, Матвеев И.А Обеспечение точности изготовления тонкостенных осесимметричных корпусов сложного профиля: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. 208 с.
20. Громыко Г.Л. Теория статистики. М.: Инфра-М, 2001. 160 с.
Матвеев Иван Александрович, асп., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF THERMAL PROCESSING ON THE ACCURACY PARAMETERS OF THIN-WALLED SHELLS
I.A. Matveev
The article considers the question of increasing the accuracy of manufacturing the axisymmetric bodies. The analysis of manufacturing technology of axisymmetric shells is carried out, experimental research is carried out in experimental production. A statistical and regression calculation of the effect of the hardness of the workpiece on the accuracy of the diameter of the base hole is made. An insignificant manifestation of hereditary connections has been established.
Key words: heat treatment, rotary extraction, technological heredity, statistical analysis, precision reliability.
Matveev Ivan Aleksandrovich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
