CC BY
26
УДК 621.982.5
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРАВКИ ФРЕЗЕРОВАННЫХ ДЕТАЛЕЙ КАРКАСА РАСКАТКОЙ РОЛИКАМИ
А.А. Макарук1
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Для расширения технологических возможностей правки маложестких деталей представлена раскатка роликами как один из реализованных методов местного пластического деформирования. Обоснована необходимость комплексной обработки с применением разработанного инструмента. Получены результаты экспериментального исследования по обработке конструктивно-подобных образцов раскаткой роликами. Ил. 19. Табл. 1. Библиогр. 2 назв.
Ключевые слова: раскатка; раскатники; полотно; ребро; крутка; прогиб.
STUDY OF FRAME MILLED PARTS DRESSING BY ROLLER BURNISHING A.A. Makaruk
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
To expand the technological capabilities of low rigid parts dressing the article presents roller burnishing as one of the implemented methods of local plastic deformation. The necessity of complex treatment with the use of developed tools is justified. The results of experimental studies on treatment of design-similar samples by roller burnishing are obtained. 19 figures. 1 table. 2 sources.
Key words: roller burnishing; burnishers; flat (part); edge; twist; bending.
Маложесткие детали силового каркаса летательных аппаратов типа стрингеров, лонжеронов, рам, нервюр и т. п. в большинстве случаев изготавливают фрезерованием из термически упрочненных плит и профилей алюминиевых сплавов. Типовые поперечные сечения таких деталей приведены на рис. 1. Из рисунка видно, что эти детали в общем случае представляют собой двутавровые балки, полки которых могут быть непараллельными друг другу (так называемые «малкованные» полки, выходящие на аэродинамический обвод самолета). Количество полок в сечении может изменяться от двух до четырех.
Серьёзной проблемой, снижающей эффективность технологического процесса изготовления данных деталей, является их коробление после обработки, обусловленное влиянием технологических остаточных напряжений. Это коробление выражается в двухосном изгибе и крутке сечений деталей. Традиционные методы формообразования и правки подкреплённых деталей - гибка на прессах и обработка дро-
бью - не всегда позволяют добиться требуемого результата, прежде всего, в связи с большими габаритными размерами, сложной формой и высокой жесткостью деталей [1].
Технологические возможности процесса могут быть существенно расширены за счет применения методов локального пластического деформирования, одним из которых является раскатка роликами [2]. Схема данного процесса приведена на рис. 2.
Метод правки раскаткой роликами применяется в основном в зарубежном авиастроении при изготовлении деталей с угловыми или тавровыми сечениями. Проблема применения данного метода к деталям, сечения которых показаны на рис. 1, на сегодняшний день является нерешенной. Комплекс НИОКТР, направленный на решение задачи разработки технологии правки широкой номенклатуры деталей каркаса, совместно выполняется силами ИрГТУ и Иркутского авиационного завода - филиала ОАО «Научно-производственная корпорация «Иркут».
Рис. 1. Типовые сечения конструктивных элементов силовых деталей каркаса самолета
1Макарук Александр Александрович, аспирант, тел.: 89526106495, e-mail: [email protected] Makaruk Alexander, Postgraduate, tel.: 89526106495, e-mail: [email protected]
Рис. 2. Схема обработки при раскатке роликами
а) б)
Рис. 3. Устройства для раскатки полок (а) и полотна (б) деталей
На основе проведенного анализа конструкции деталей, подверженных короблению после фрезерования, был спроектирован и изготовлен ряд устройств для правки деталей раскаткой роликами - роликовых раскатников (рис. 3).
Для установления закономерностей формоизменения (изгиба и крутки поперечных сечений) вышеупомянутых деталей от силовых факторов и стратегий процесса раскатки роликами было проведено экспериментальное исследование с использованием кон-
структивно-подобных образцов (КПО), изготовленных фрезерованием из сплава В95пчТ2 (рис. 4). Размеры КПО приведены в таблице.
Раскатке поочередно подвергали полки КПО в последовательности их нумерации, приведённой на рис. 5, с последующей раскаткой полотна. Регулирование силы 0, действующей на раскатываемые конструктивные элементы детали, осуществляли затяжкой силовых болтов раскатников при помощи динамометрических ключей.
После каждого нагружения производили измерение перемещений в девяти точках полотна КПО с использованием специального приспособления (рис. 6)
Размеры КПО
согласно схеме, показанной на рис. 7. Базы измерений составляли: ах = 90 мм; ау = 200 мм.
Измерение деформации изгиба (саблевидности) полотна деталей в плоскости ХОУ осуществляли при помощи индикаторной планки на базе 200 мм посередине образца.
На основании измеренных значений перемещений контрольных точек КПО вычисляли стрелу прогиба / в продольных и поперечных сечениях и угол закручивания а крайних сечений образцов друг относительно друга.
Номер Линейные размеры, мм Углы, град.
^ ^2 hз h4 (1 (2 (3 14 а-| а2
1 30 30 30 30 5 5 5 5 0 0
2 30 0 30 30 5 - 5 5 0 0
3 30 0 30 0 5 - 5 - 0 0
4 30 0 30 0 5 - 5 - 5 0
5 30 0 30 0 5 - 5 - 0 15
6 30 0 30 0 5 - 5 - 5 15
КПО №1
КПО №2
КПО №3
Г 1
2
КПО №4
КПО №5
КПО №6
1ЧЙ
Рис. 5. Последовательность обработки КПО
Рис. 6. Приспособление для измерения перемещений контрольных точек полотна КПО
1
3
3
4
2
1
2
2
2
Г1
а)
7,
Х
Хз
21
22
31
32
ах /2
ах /2
Х11 Х21 Х31
23
33
Г1
б)
I 22
21
г\ г\ N N
N , Х
в)
Рис. 7. Схемы измерения (а), определения прогиба (б) и крутки (в) КПО
/ = ¿2 - (^ + гэ)/2;
где а = аг——; а2 = аг^ ———
I
а = с+а2,
1 -\/( Х33(13) Х31(11)) + (.У33(31) .^13(11))
У
У
Единичный угол закручивания поперечных сечений КПО определяли как
Хх =а/ах,
где a — — Х^ .
0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 о
Графики изменения параметров формы КПО: стрелы прогиба в продольном и поперечном направлениях и единичного угла закручивания поперечных сечений - приведены на рис. 8-19.
КПО №1
1 Ч 3
2 N 4 /
-
Попка №1 —► Полка №2 —► Полка №3 —► Полка №4—► Полотно
Рис. 8. Зависимость изменения единичного КПО №1 в продольном (/х2) и поперечном направлениях (/у2)
от момента затяжки силового болта
0,03
Е 0,025
| 0,02 I.
К
Í 0,015
id
ш
I 0,01
Q И
¡2 0,005
0
L.
>
* о
л
1
I -0,005
5
S -0,01 -0,015
КПО №1
7 1 \ 3
2 X 4 /
- А
Полка №1
Полка №2
Полка №3
Полка №4
Полотно
Рис. 9. Зависимость изменения стрелы прогиба угла закручивания поперечных сечений КПО №1 от момента
затяжки силового болта
] 1 5 i
КПО №2 <
1
2 N 3
Полка №1 Полка М«2 Полка N»3 Полотно
Рис. 10. Зависимость изменения стрелы прогиба КПО №2 в продольном (/х2) и поперечном направлениях (/у2)
от момента затяжки силового болта
0,01 0.000 0.006 0,004
0,002
КПО №2
1
2 3
Ч
Полка №1
Полка №2
Полка №3
Полотно
Рис. 11. Зависимость изменения единичного угла закручивания поперечных сечений КПО №2 от момента затяжки
силового болта
Полка На2 Полотно
Рис. 12. Зависимость изменения стрелы прогиба КПО №3 в продольном (/х2) и поперечном направлениях (/у2)
от момента затяжки силового болта
Рис. 13. Зависимость изменения единичного угла закручивания поперечных сечений КПО №3 от момента затяжки
силового болта
□ ,02 □
-□,02 -□,04 -□,06 -□,0В
-□,12 -□,14 -□,16
^ - щ щ Щ 1
КПО №4 \
/ 1 X
2 '
-Гу2 -1x2
Рис. 14. Зависимость изменения стрелы прогиба КПО №4 в продольном (/х2) и поперечном направлениях (/у2)
от момента затяжки силового болта
St
га
КПО №4
1
2 \
\
ч
X
>
Полка №1 Полка №2 Полотно
Рис. 15. Зависимость изменения единичного угла закручивания поперечных сечений КПО №4 от момента затяжки
силового болта
Полка №1 Полка I
Рис. 16. Зависимость изменения стрелы прогиба КПО №5 в продольном (fx2) и поперечном направлениях (f 2)
от момента затяжки силового болта
к г х
<ч
КПО №5
1
2
Полка №1 Полка №2 Полотно
Рис. 17. Зависимость изменения единичного угла закручивания поперечных сечений КПО №5 от момента затяжки
силового болта
0,02
0,01
0
-0,01
= -0,02
(Я
та Е -0,03
□
С Я -0,04
О.
Й -О.ОЬ
-0,06
-0,07
-0,08
-0,03
КПО №6
1
2
-1у2
Рис. 18. Зависимость изменения стрелы прогиба КПО №5 в продольном (/х2) и поперечном направлениях (/у2)
от момента затяжки силового болта
0,02
« 1 оа
5
О.
«
Г> -0,03
ч о
-0,04
-0,05
-0,07
*—'Ч 1
КПО №6
2
Полка №1
Полка №2
Полотно
Рис. 19. Зависимость изменения единичного угла закручивания поперечных сечений КПО №5 от момента затяжки
силового болта
Анализируя результаты, можно сделать вывод, что продольная растягивающая (сжимающая) сила, приложенная как к ребру, так и к полотну конструктивно-подобного образца или детали, являющихся тонкостенными стержнями, может вызвать не только двухосный прогиб, но и их крутку. Величина крутки прямо пропорциональна величине осевых сил на торце стержня и зависит от места их приложения и направления, а также от геометрических характеристик поперечного сечения КПО (детали).
Из полученных зависимостей, характеризующих изменение геометрических параметров (изгиба полот-
на в двух плоскостях, единичного угла закручивания поперечных сечений) конструктивно-подобных образцов двутаврового сечения с прямыми и малкованными полками при раскатке ребер и полотна, следуют основные закономерности изменения геометрии деталей типа нервюр, лонжеронов, балок и т.п., на основе анализа которых можно определять стратегию процесса правки данных деталей. Такая стратегия в обязательном порядке должна учитывать одновременное образование двухосного прогиба и крутки деталей при их обработке раскаткой роликами.
Библиографический список
1. Пашков А.Е. Технологические связи в процессе изготовления длинномерных листовых деталей. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2005. 140 с.
2. Захаров В.А. Формообразование и правка длинномерных
профильных деталей поверхностным пластическим деформированием: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Иркутск: ИПИ, 1992. 21 с.
