Исследование процесса протягивания деталей летательного аппарата Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Решетневскце чтения

M. D. Evtifiev, A. S. Sukhanov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

DEVELOPMENT OF SPACE UPPER STAGE

This pater presents a report on open content analyses of development of space boosters of all countries, estimation of their demand at the present stage of development of rocket and space technology, as well as a comparison that shows which blocks have the best performance.

© Евтифьев М. Д., Суханов А. С., 2011

УДК 621.9.06.001

Л. В. Зверинцева, Г. В. Кочкина, В. В. Зверинцев, Е. Н. Колмагоров

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОТЯГИВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Проведен анализ дефектов протягивания детали на предприятии, обозначены пути решения проблемы.

При нарезании эвольвентных шлицев в детали, изготовленной из жаропрочного сплава, возникли дефекты: зубья протяжки срезаны на шести рядах, седьмой ряд зубьев выломан (рис. 1). Другой дефект -заклинивание протяжек на образцах детали.

Для выявления причины произошедшего на предприятии были проведены измерения размеров, металлографический анализ, контроль твердости, исследования микроструктуры, химического состава материала протяжки и обрабатываемого материала [1].

Результаты исследований позволили сделать предварительные выводы: твердость протяжки не соответствует КД; красностойкость материала протяжки не соответствует требованиям НТД; на поверхности зубьев протяжки идет большой износ; на поверхности детали после протягивания наклеп, о чем свидетельствует различная твердость по высоте детали и твердость по боковым поверхностям; при протягивании зубья срезаны несимметрично.

Анализ конструкторской документации проведен по известным методикам, рассчитана и спроектирована протяжка. Конструктивные отличия следующие: в общей длине протяжки; в количестве режущих зубь-

ев; в параметрах режущих и калибрующих зубьев (переднем угле и шаге); переходные зубья на заводской протяжке отсутствуют; в спроектированной (заводской чертеж) и изготовленной протяжке, сломанной в процессе резания, задние углы различны и отличаются на +2.. .3°. Размер ленточки f по чертежу 0,05 мм на режущих, на 36 и 37 зубьях - 0,1 и 0,2 мм соответственно. По известным методикам [2; 3] на подобных протяжках ленточка не делается. Спроектирована 3Б-модель протяжки.

Маршрутный заводской технологический процесс на изготовление протяжки состоит из 45 операций: 8 из них токарные, 6 термические, 14 круглошлифо-вальные, 4 заточные, 7 контрольные, остальные -центрошлифованная, оптико-шлифовальная, шлице-шлифовальная, пескоструйная. Количество операций по заводскому технологическому процессу вдвое превышает количество рекомендованных при изготовлении шлицевых протяжек. Исследовать процесс протягивания обрабатываемой детали, изготовленной из сплава ХН59МВТКЮЛ, в цехе 14 не удалось вследствие либо нерабочего состояния протяжного станка, либо переноса сроков.

Проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты

В стандартах на материал детали физико-механические характеристики имеют очень большой интервал, на материал протяжки - отсутствуют. Предприятию необходимо определить коэффициенты линейного расширения, относительного удлинения; временное сопротивление разрыву, предел прочности, модуль упругости, предел текучести, условную прочность при растяжении, предел прочности при изгибе, ударную вязкость, временное сопротивление. Лабораторное оборудование на заводе имеется.

Проведен патентный поиск по протяжкам и способам протягивания.

Исследовано влияние наклепа, нароста и подъема на зуб на процесс протягивания. Наклеп вызывает увеличение твердости верхних слоев по сравнению с исходными на 25...35 %. Это уменьшает стойкость протяжек, особенно при работе с малыми подъемами на зуб. В этом случае зубья работают в слоях металла, имеющих повышенную твердость, быстрее округляются. Вследствие этого дальнейшее резание сопровождается возрастанием сил резания, что вызывает неустойчивую работу протяжек. Отдельные зубья проскальзывают по обрабатываемой поверхности и не снимают стружки, последующие зубья снимают вдвое большую стружку с более наклепанной стороны. На передней грани зубьев при обработке жаропрочных сплавов образуется нарост. Это приводит к увеличению радиуса скругления и ухудшению резания. Износ по задней поверхности протяжки больше, чем по остальным поверхностям, поэтому необходимо упрочнение наиболее изнашиваемых мест протяжки.

Исследовано влияние различных параметров режущей части инструмента на процесс протягивания [3]. Выбор заднего угла показывает уменьшение износа при его увеличении, однако это замедление происходит до некоторого оптимального значения угла, после чего интенсивность износа снова возрастает.

Для получения высокой чистоты поверхности и точности обработки следует срезать очень тонкую стружку.

Фотография стружки после протягивания (рис. 2), выполненная на металлографическом оптическом микроскопе JenaVERT с увеличением в 250 раз, показывает, что стружка с надломами имеет порванные края. Как известно, шероховатость поверхностей инструмента переносится на обрабатываемую поверхность (а в частности, и на стружку) с повышением на один-два класса. Протяжка застревает в заготовке вследствие недостаточной для принятого режима протягивания мощности станка, из-за внезапного резкого увеличения усилия протягивания.

Наша группа планировала провести компьютерное моделирование процесса протягивания с использованием модели с размерами «сломанной» и модели вновь спроектированной протяжек. При имеющихся у нас аппаратных и программных ресурсах расчет затруднителен в связи с большим количеством необходимого вычислительного времени. При размерности этой задачи порядка 2.. .3 млн элементов параболической тетраэдральной сетки один проход с учетом пластических свойств материала, с учетом моделей разрушения материалов инструмента и заготовки будет занимать до двух недель беспрерывно. Предлагаем использовать для подобных расчетов программно-аппаратные компоненты - вычислительно-расчетное CAE ANS YS и NVIDIA Tesla (URL: http://www.ansys.msk.ru).

Библиографические ссылки

1. Исследование процесса протягивания деталей / Л. В. Зверинцева, Г. В. Кочкина, В. В. Зверинцев, Е. Н. Колмагоров // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : материалы междунар. конф. Красноярск, 2010. С. 42-43.

2. Протяжки для обработки отверстий / Д. К. Мар-гулис, М. М. Тверской, В. Н. Ашихмин и др. М. : Машиностроение. 1980.

3. Пронкин Н. Ф. Протягивание труднообрабатываемых материалов. М. : Машиностроение, 1978.

Рис. 2. Фотография стружки, полученная при протягивании 250 х

L. V. Zverintseva, G. V. Kochkina, V. V. Zverintsev, E. N. Kolmagorov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

INVESTIGATION OF FORWARD WIND PROCESS OF SPACE VEHICLES ITEMS

The article presents analysis of defects in forward wind of items at enterprise and the ways of solving the problem.

© Зверинцева Л. В., Кочкина Г. В., Зверинцев В. В., Колмагоров Е. Н., 2011