CC BY
35
УДК 658.512.011.56:621.452.3-226:621.91
В. С. КУШНЕР В. А. ГОРШЕНИН А.Н. ЖАВНЕРОВ
Омский государственный технический университет
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ДИСКОВ ГТД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ
Межоперационные технологические размеры, режимы резания и геометрические параметры режущих инструментов при автоматизированном проектировании технологических процессов обработки дисков ГТД рассчитаны с учетом погрешностей, вызванных износом инструмента и силами резания. Характеристики процесса изнашивания и силы резания определены на основе термомеханического подхода.
В последнее время программы выпуска деталей типа дисков газотурбинных двигателей (ГТД) резко уменьшились, а номенклатура обрабатываемых деталей осталась достаточно большой. При этом сократилось время на разрабо тку и отладку технологий обработки дисков ГТД. Развитие вычислительной техники, совершенствование станков с ЧПУ повысили актуальность перехода от традиционного проектирования технологий, осуществляющегося на основе использования опыта технологов и наладчиков без применения ЭВМ, к автоматизированному проектированию на основе теоретических расчетов основных технологических характеристик с использованием ЭВМ.
К недостаткам традиционного проектирования технологических процессов относится то, что чаще всего указывается только маршрутный технологический процесс без детализации сведений о количестве проходов, без определения оптимальных межопера-ционных технологических размеров, без обоснования оптимальных геометрических параметров режущих инструментов и режимов резания. Отсутствуют •теоретические прогнозы погрешностей и качества обрабатываемых поверхностей, износа и стойкости режущих инструментов. Все это существенно сказывается на эффективности обработки дисков ГТД.
В то же время традиционный эмпирический подход имеет ряд достоинств. К ним относятся наглядность и удобство форм представления технологий. Многие важные решения, принимаемые технологом на основе опыта или с учетом конкретных сложившихся условий производства, не помаются расчету. Поэтому при автоматизации проектирования технологии целесообразно использовать производственный вариант технологического процесса, разработанный традиционными методами, в качестве основы, в качестве первого приближения.
Эмпирически могут быть решены такие задачи, как выбор необходимого для обработки детали оборудования, схем базирования и закрепления деталей, использования необходимых приспособлений, изме-
рительного инструмента, предварительный выбор режущих инструментов и режимов резания, определения последовательности обработки поверхностей детали [2].
Разработка технологических эскизов обрабатываемой детали (заготовки) для различных переходов и установок с использованием ЭВМ осуществляется с помощью специально разработанного графического редактора.
К основным задачам, решаемым при автоматизации проектирования технологии обработки дисков ГТД, относятся: прогнозирование погрешностей обработки и качества обработанной поверхности и связи этих технологических характеристик с режимами резания и геометрическими параметрами режущих инструментов на каждом из рассматриваемых переходов; обоснование оптимального числа проходов, межоперационных технологических размеров на каждом из проходов; обоснование рациональных размеров заготовки (рис.1).
Обобщение связей характеристик точности, качества обработанной поверхности, производительности обработки, износа и стойкости режущих инструментов с режимами резания и геометрическими параметрами режущих инструментов достигается путем моделирования процесса резания на основе термомеханического подхода. На этом этапе разрабатываются программы для расчета контактных температур и напряжений, температуры и напряжений внутри режущего лезвия (температуры формоустой-чивости), расчет скоростей ползучести и интенсивностей изнашивания режущих инструментов, сил резания.
Особенность обработки никелевых сплавов заключается в том, что жаропрочные никелевые сплавы, как показывает анализ их характеристик, в области до 800 °С гораздо медленнее разупрочняются, чем другие материалы. В сочетании с большими температурами, действующими на режущий инструмент, повышенные напряжения вызывают более интенсивные деформации режущего лезвия, которые про тека-
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ КСІМИК М* 2 <54> 2007
Рис. 1. Структурная схема определения рациональных условий резания потермомеханичсскнм характеристикам процессов резания и интенсивности изнашивания.
Блок А - входные данные, факторы задаются в качестве первого приближения и впоследствии могут уточняться; Блок Б - математический расчет заменяет эксперимент в традиционной технологии
ют и течение некоторого времени, т.е. в процессе ползучести[3|. Наблюдающиеся изменения формы режущих лезвий при обработке никелевых сплавов свидетельствуют о том, что ползучесть является основным процессом, вызывающим формоизменения режущего инструмента, а также погрешности обработки и изменения шероховатости обработанной поверхности|3].
Влияние пластических деформаций на формоизменение режущего лезвия и допускаемые режимы резания раннее не учитывались. Разработанные программы отражают основные закономерности, связанные с процессом ползучести.
Сопоставление полученных расчетных результатов с имеющимися экспериментальными данными показало, что именно характерное для обработки никелевых сплавов сочетание высоких напряжений и температур вызывает значительные деформации режущего лезвия. Поэтому при обработке никелевых сплавов (т.е. при более высоких напряжениях) допускаемые температуры должны быть ниже, даже чем при обработке сталей.
Учет пластических деформаций режущего лезвия привел к целесообразности уточнения физического смысла температурных факторов, использующихся для обобщения условий резания. Получен вывод о том, что при обработке никелевых сплавов наиболее подходящим температурным фактором следует считать температуру формоустойчивости, характеризующую максимальные температуры в режущем лезвии. Температура формоустойчивости рассчитывалась по максимальным температурам передней и задней поверхностей, вычисленных по программе ТЕРМ [ 1 ], или непосредственно определялась методом конечных элементов по программе АМБУБ.
Разнообразие технологических требований создает предпосылки к определению допускаемых интен-
сивностей изнашивания (или формоустойчивости), допускаемых темпера тур формоустойчивости режущего лезвия, что позволяет определить рациональные режимы резания и геометрические параметры режущих инструментов, соответствующие этим темпера-аурам и технологическим требованиям.
Описанный подход к определению рациональных режимов резания и параметров режущих инструментов позволяет резко сократить объем необходимых экспериментальных исследований, уменьшить время на отладку технологического процесса в производственных условиях.
Библиографический список
1. С.А.Васнн, А.С.Верещака, В.С.Кушнер. Резание материалов: Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании: Учеб. для техн. вузов. -М.: Изд-во МГТУ нм. Н-Э.Баумана, 2001.-448 с.: ил. Реферат.
2. Трент Е.М. Резание металлов. Пер. с англ. Г.И. Айзеншто-ка. — М.: Машиностроение. 1980.
3. Макаров АД. Оптимизация процессов резания. - М.: Машиностроение. 1967.
КУШНЕР Валерий Семенович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Материаловедение и технология конструкционных материалов».
ГОРШЕНИН Виталий Александрович,
ЖАВНЕРОВ Алексеи Николаевич — оба аспиранты кафедры «Материаловедение и технология конструкционных материалов».
Статья поступила в редакцию 04.04.07 г.
© В. С. Кушнер, В. А. Горшенин, А. Н. Жавнеров
