Исследование изменений формы и расположения кольцевых заготовок малой жесткости Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.45.0.002.2

ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ ФОРМЫ И РАСПОЛОЖЕНИЯ КОЛЬЦЕВЫХ

ЗАГОТОВОК МАЛОЙ ЖЕСТКОСТИ

© 2011 Т. В. Галузина, А. В. Поляков

Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва

(национальный исследовательский университет)

В программе Ansys V12 была рассчитана модель закрепления тонкостенного кольца в трехкулачковом патроне и исследовано влияние формы кулачков патрона на деформацию заготовок.

Погрешность формы, заготовка, 3-х кулачковый патрон, маложесткая деталь, ANSYS.

При закреплении заготовок в приспособлениях на станке возникают деформации, вызывающие погрешности формы обработанной поверхности, которые влияют на качество при эксплуатации деталей. Особенно сильно эти искажения проявляются при обработке маложестких деталей ГТД, например, колец корпуса компрессора, турбины и ДР-

В связи с этим при окончательном формировании цилиндрических поверхностей колец используют различные приемы, связанные с уменьшением коробления заготовок. Для этого используют сырые кулачки, расточенные на определенные размеры базовой поверхности заготовки, используют специальные приспособления, центрирование которых осуществляется по пояскам, а крепление - по торцевым поверхностям. Это позволяет уменьшить погрешность, связанную с установкой и обработкой заготовки в технологической системе, но не дает возможности полного устранения погрешностей при обработке маложестких деталей. Кроме этого, напряженно-деформированное состояние исходных заготовок также влияет на формирование данной погрешности формы. Эта погрешность проявляется как наследственность, полученная в процессе изготовления исходной заготовки. Все это указывает на то, что обеспечение высоких показателей качества является очень важной задачей при изготовлении деталей ГТД, т.к. эти показатели влияют на проходные сечения в трактовой системе компрессора и турбины, на зазоры между лопатками и корпусами, на элементы лабиринтных уплотнений, расход топлива, мощность двигателя и другие показатели.

Для изучения процессов, происходя-

щих при закреплении заготовок в универсальных и специальных приспособлениях, проводятся исследования искажения формы в зависимости от условий и способов закрепления заготовки, при базировании и обработке, а также исследуется влияние наследственности исходной заготовки. Данные задачи можно выполнить с помощью расчетной программы Ansys.

Рассмотрим процесс закрепления и обработки маложесткого кольца в 3- кулачковом патроне, при этом исследуем процесс установки в сырые расточенные кулачки.

Первый вариант: кулачки расточены на верхнем пределе поля допуска диаметра наружной базовой поверхности заготовки. При этом имеет место точечный контакт заготовки с рабочей поверхностью кулачков патрона.

Второй вариант: кулачки расточены по минимальному диаметру наружной базовой поверхности заготовки, в этом случае будет иметь место мостовой контакт заготовки с рабочей поверхностью кулачков.

Так как задача симметричная - рассматриваем закрепление одного кулачка. Наружный диаметр кольца 510 мм, ширина 45 мм и внутренний диаметр 500 мм. Зажимное усилие принято исходя из усилий, возникающих в процессе обработки - Р=320 Н.

В программе Ansys VI2 была рассчитана модель закрепления тонкостенного кольца с одним, а затем с двумя фланцами (ребрами жесткости) в трехкулачковом патроне. Так как задача контактная, между кулачком и кольцом создавалась контактная пара.

В программе Ansys создадим геомет-

рию кольца и кулачка. Коэффициент трения принимаем равным 0,3.

Выбираем тип конечного элемента 80ЬШ95 для контактной задачи.

Вводим свойства материала. В этом случае константами будут плотность материала, модуль Юнга и коэффициент Пуассона.

Данное кольцо изготавливается из жаропрочной деформируемой стали на никелевой основе ХН67ВМТЮ со следующими свойствами: р = 7800 кг/м3; Е=2,МО5 МПа и // = 0,3.

После того, как заданы свойства материала, производится разбиение детали на сетку конечных элементов. Программа Ап-вуэ позволяет использовать два вида разбивки - произвольную и упорядоченную. В нашем случае применяется упорядоченная сетка, так как рассматриваемая модель имеет достаточно простую геометрию (рис.1).

На торец кулачка прикладывается распределенная нагрузка, давление 0,4 МПа (рис. 2). Графическое представление результатов расчета деформированного состояния конструкции приведено на рис. 3, 4.

.ШйУй 12.0.1

ъ>

2ашок

Рис. 1. Создание сетки конечных элементов

NODAL SOLUTION

STEP=1 SUB =7 TIHE=10

USOT (AVG)

RSYS=0

DMX =.lZ3E-05 SHH =.36ÜE-Ü6 SMX = .1Z3E-0S

и

HF OK EF0E

ANSYS 0.1

,3S0E-06 . E.53E-06 .746E-06 . 938E-0S .113E-0E

. 4E6E-06 .64ЭЕ-06 .84ZE-0S . ЮЗЕ-OS . 1Z3E-05

2 amok

1 J

Puc. 2. Задание нагрузки

В данной работе рассматривается два кольце с одним ребром жесткости (рис. 3).

варианта контакта: точечный с первоначальным зазором 0,03 мм и мостовой контакт.

В результате решенной задачи видно, что наибольшие перемещения возникают в

Суммарное перемещение будет равным 4,2 мм. В кольце с двумя ребрами жесткости суммарное перемещение составит 1,8 мм (рис. 4).

MODAL SOLUTION

£ТЕР=1

STJB = 7

TIME=1Ü

USUH iAVC-J

ESYS=0

DMX =.004203 SHH =.7 9 2 E - 0 3 SHX =.004203

ANSYS 12.0.1

.792E-03 .001ES .002308 .003066 .003324

.001171 .0Щ.Э2Э .002687 .00344S .004203

Zaiiiok

Рис. 3. Деформация кольца с одним ребром жесткости

HOEAL SOLUTION

AHS'fS 12.0.1

(А70)

S Т Е Р = 1 SUB =7 Т1НЕ=10 USUH RSYS=0

DHX =.001838 SHH =. 382Е-03 SHX =. 001838

.332Е-03 .70SH-03 .001029 .001353 .001676

.544Е-03 .867Е-03 .001191 .001Е14 .001838

Sanol:

Рис. 4. Деформация кольца с двумя ребрами жесткости

На рис. 5, 6 показаны графики зависимостей перемещения точек кольца от силы, приложенной к кулачкам.

Рис. 5. График зависимости перемещения от силы для кольца с одним ребром жесткости

ílHSYS 1Z.C . 1

...

P0ST26

ОТ

UY

Zamok i г 54 5 s 7 s sioii

TIHE

Рис. 6. График зависимости перемещения от силы для кольца с двумя ребрами жесткости

Из рис. 7 видно, что наибольшее перемещение будет в месте касания кулачка с кольцом.

В результате проведенного исследования показана связь между деформациями тонкостенных колец и усилиями зажима при закреплении их в самоцентрирующие зажимные устройства.

Результаты исследования показали, что зазор между кулачком и кольцом под действием силы при любой первоначальной расточке кулачков преобразуется в мостовой.

зажимного усилия

эталонное кольцо — кольцо с дйумя фланцами кольцо с одним фланцем

Исследовано влияние формы кулачков патрона на деформацию заготовок. Полученные результаты показывают, что с увеличением ширины охватывающей части кулачков деформации заготовок могут быть уменьшены.

Также для уменьшения деформации обрабатываемых заготовок на операциях окончательной обработки нужно применять установку деталей по торцу, уменьшать величину подачи и скорость резания.

Работа выполнена при финансовой поддержке Правительства Российской Федерации (Минобрнауки), на основании постановления Правительства РФ №218 от 09.04.2010.

Библиографический список

1. Корсаков, B.C. Точность механической обработки [Текст] / B.C. Корсаков - М.: МАШГИЗ, 1961. - 380 с.

2. Каплун, А.Б. ANSYS в руках инженера: Практическое руководство [Текст] / А.Б. Каплун, Е.М. Морозов, М.А. Олферова- М.: УРСС, 2004. - 272 с.

RESEARCH OF CHANGES IN SHAPE AND LOCATION RING DETAILS

WITH SMALL RIGIDITY

©2011 Т. V. Galuzina, A. V. Polyakov

Samara State Aerospace University named after academician S.P. Korolyov (National Research University)

In the program of Ansys V12 was calculated the model fixing thin-walled rings in three-jaw chuck. Is investigated effect of the shape of vice grip on the deformation of the workpiece.

Error, workpiece, three-jaw chuck, small rigidity, ANSYS.

Информация об авторах

Галузина Татьяна Викторовна, аспирант Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет). E-mail: [email protected]. Область научных интересов: исследование точности изготовления маложестких деталей.

Поляков Алексей Викторович, студент Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет). E-mail: [email protected]. Область научных интересов: исследование точности изготовления деталей.

Galuzina Tatyana Victorovna, engineer of Samara State Aerospace University named after academician S.P. Korolyov (National Research University). E-mail: [email protected]. Area of research: accuracy research problem when manufacturing pads with small rigidity.

Polyakov Aleksey Victorovich, student of Samara State Aerospace University named after academician S.P. Korolyov (National Research University). E-mail: [email protected]. Area of research: accuracy research problem when manufacturing pads with small rigidity.