CC BY
16
На основе полученного решения уравнения теплопроводности в форме (25) - (27) разработана программа расчета стационарного температурного поля ферромагнитных кольцевых заготовок в нагревателе непрерывного действия. Программа содержит два расчетных блока - электрический и тепловой. Исходными данными для расчета являются:
- конструктивные параметры нагревателя - длина катушки нагревателя, диаметр индуктирующей катушки, число витков индуктора, толщина и теплофизические характеристики тепловой изоляции, размеры сечения трубки индуктора;
- энергетические параметры - напряжение питания, частота тока;
- параметры нагреваемых заготовок - внутренний и внешний радиусы кольцевой заготовки, материал заготовки, длина, скорость продвижения через нагреватель, массив табличных значений зависимостей удельного сопротивления от температуры, теплоемкость, плотность, коэффициент теплопроводности; табличные значения зависимостей относительной магнитной проницаемости загрузки от напряженности магнитного поля, коэффициент черноты поверхности;
- условия нагрева - начальная температура, базовая и заданная конечная температуры, температура охлаждающей жидкости, уровень тепловых потерь.
В электрическом блоке определяются интегральные параметры индуктора с загрузкой. Расчет производится с использованием магнитной схемы замещения системы «индуктор - металл» по методу общего потока. В результате расчета определяются сопротивления загрузки и индуктора, токи и напряженность магнитного поля на каждом участке постоянства. По значениям напряженности итерационным циклом с точностью 1-2% определяются величины магнитной проницаемости на «холодном» участке загрузки. Далее рассчитываются функции распределения источников тепла W (l,)).
В тепловом блоке определяются: средние температуры 9ср.хол(у)>%пром.(у)>дср.гор.(у)>вср.кон.(у) . По результатам тепловых расчетов уточняются теплофизические параметры, тепловые потери и координаты границ режимов. Вновь производится электрический, а затем тепловой расчет. Итерационный цикл прекращается, когда достигается точность расчета 0,5-1% в определении координат границ «холодного», «промежуточного» и «горячего» режимов. Далее производится расчет температурного распределения вк (l, у).
Библиографический список
1. Вайнберг А.М. Индукционные плавильные печи. М.: Энергия, 1967. 415 с.
2. Лыков А.В. Тепломассообмен: справочник. М.: Энергия, 1978. 480 с.
3. Рапопорт Э.Я. Оптимизация процессов индукционного нагрева металла. М.: Металлургия, 1993. 279 с.
4. Карташов Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел. М.: Высшая школа, 2001.
УДК 621.982.5
МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПРАВКИ ФРЕЗЕРОВАННЫХ ДЕТАЛЕЙ КАРКАСА РАСКАТКОЙ РОЛИКАМИ
© А.А. Макарук1
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, 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. Предложена методика расчета технологических параметров процесса. Ил. 7. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: раскатка; раскатники; полотно; ребро; крутка; изгиб.
METHODS TO CALCULATE TECHNOLOGICAL PARAMETERS OF SHAPING MILLED FRAME PARTS BY BURNISHING ROLLERS A.A. Makaruk
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.
To broaden out the technological capabilities of shaping low-rigid parts the article presents burnishing rollers as one of the implemented methods of local plastic deformation. The need for complex treatment with the use of developed tools is justified. The methods for calculating the technological parameters of the process are worked out. 21 figures. 3 sources.
1Макарук Александр Александрович, аспирант, тел.: 89526106495, e-mail: makaruk_aa@mail.ru Makaruk Alexander, Postgraduate, tel.: 89526106495, e-mail: makaruk_aa@mail.ru
Key words: rolling; burnishing rollers; sheet; edge; twist; bending.
Эффективным методом правки маложестких подкрепленных деталей силового каркаса летательных аппаратов типа лонжеронов, рам, нервюр, шпангоутов и т.п. (рис. 1), изготовляемых фрезерованием из термически упрочненных плит и профилей алюминиевых сплавов, является раскатка роликами [1]. Такой метод решает проблему коробления деталей при механообработке, обусловленного влиянием технологических остаточных напряжений. Это коробление выражается в двухосном изгибе, закручивании и изменении размеров деталей.
Схема процесса правки раскаткой роликами приведена на рис. 2. Сущность разработанного метода заключается в комплексной обработке необходимых участков ребер и полотна с целью устранения прогиба в плоскости XOZ, прогиба в плоскости YOZ и закручивания детали.
Для реализации предложенной технологии был спроектирован и изготовлен ряд устройств для правки деталей раскаткой роликами - роликовых раскатников (рис. 3).
Согласно результатам экспериментального исследования по обработке конструктивно-подобных образцов [2], при правке раскаткой роликами маложестких подкрепленных деталей с несимметричными поперечными сечениями расчет деформаций, возникающих в процессе обработки, необходимо вести по схеме расчета тонкостенных стержней, учитывающей одновременное образование прогиба в двух плоскостях и закручивания при приложении внецентровых продольных сил. При этом данная методика предполагает, что перед расчетом проведена тарировка раскатных устройств с целью установления зависимостей удельной растягивающей силы, действующей при рас-
Лонжерон
Рис. 1. Типовые фрезерованные детали силового каркаса
катывании, от момента затяжки силового болта рас-катника.
На рис. 4,а изображена схема к определению прогиба / в плоскости YOZ (саблевидности) КПО №1 при раскатке роликами, а на рис. 4,6 - схема к определению прогиба / в плоскости XOZ (отклонения от
плоскостности) КПО №1 при раскатке роликами.
Соотношения для определения величины прогибов имеют следующий вид:
2 2 a a
Jy-— . л- —. (1)
где Л , Лх - радиусы кривизны нейтрального слоя
образца (детали) в плоскостях YOZ и XOZ соответственно; а - база измерения прогиба.
Радиусы кривизны определяются следующим образом:
(2)
у М х Му
где Мх, М^- изгибающие моменты, действующие в плоскостях YOZ и XOZ соответственно; У, У - мо-
у х
менты инерции поперечного сечения детали относительно соответствующих осей; Е - модуль упругости материала образца (детали) первого рода.
Рис. 2. Схема обработки при раскатке роликами
Е
1»
а) б)
Рис. 3. Устройства для раскатки полок (а) и полотна (б) деталей
Изгибающие моменты Мх и Му, создаваемые
продольной силой Р (рис. 4), определяются по формулам:
Мх =Р ■ у, М =Р ■ х,
(3)
где х , у - координаты от центра тяжести до оси продольной растягивающей силы Р .
Подставляя выражения (2) с учетом формул (3), получаем окончательные соотношения для определения прогибов:
а Р ■ у а2 Р ■ х
/ =-—, / =■
^ У г» т^ т ^ X
8Е/„
8ЕУ
(4)
При расчете угла закручивания КПО при действии продольных растягивающих сил, вызванных раскаткой роликами, начало системы координат удобно совместить с центром срединного поперечного сечения (рис. 5), так как двустороннее растягивающее усилие не вызывает перемещение данного сечения вдоль оси
В общем случае угол поворота поперечных сечений тонкостенных стержней определяется по формуле [3]:
Ф = %+ (р[ ькрг + —— (1 - еИРг) +
М0
роус
■{рг - 8кр£)
(5)
где (р0 - угол поворота поперечного сечения при z=0, ср'0 - депланация поперечного сечения при z=0, z -расстояние между поперечными сечениями вдоль оси z , В - бимомент, G - модуль сдвига, У - момент
инерции на кручение поперечного сечения, М0 - крутящий момент,
Р =
\GJd_
EJr,
г
где - векториальный момент инерции, Е - модуль упругости.
Применительно к схеме, показанной на рис. 5, можно установить, что депланация (р'0= 0 (в сечении 1=0), крутящий момент при действии только лишь продольных сил равен 0 (М0 = 0).
Угол поворота между крайними поперечными сечениями равен:
0(/) =|р(/1)| + |р(/2)|, (6) где р(/х), р(/2) - углы поворота крайних поперечных сечений относительно срединного поперечного сечения.
Я'
р(1х) = ро+_^(1 _ окр/ /2).
лучаем
Р(/1) = Ро + -
Е рм
-(1 - окр/ /2); (9)
Р(/2) = (0
Е рм
■(1 - окр/ /2) .
(10)
Подставляя выражения (9) и (10) в (6), получаем: 0(/) = р(/2)() =
= -2 •-
Е рм =1_
(11)
-(1 - окр/ /2)
Я"
Р&) = Ро + 7ВН1 - окр//2).
П
Учитывая, что В = Е Р.м и М = -М
о . . 11 1 1 1 = 1
(7)
(8) по-
На рис. 6 и 7 показаны расчетные и экспериментальные зависимости параметров формы КПО №1: стрелы прогиба в двух плоскостях и единичного угла закручивания поперечных сечений от внутренних силовых факторов и стратегии обработки.
Рис. 4. Схемы к определению прогиба: а - в плоскости YOZ (саблевидности) КПО №1; б - в плоскости Х01 (отклонения от плоскостности) КПО №1 при раскатке роликами
-Е
Ребро 1
Ребро 2
Р,'
2=1-1
2 = 0
' Ребро 3 " Полотно
Ребро 4
2=1,
У
о 2
1
Р,"
Рис. 5. Расчетная схема к определению крутки КПО при раскатке
1=1
1=1
0.0001 0.00009 0.00008 0.00007 0.00006 I 0.00005 « 0.00004
5
5 о.ооооз 0.00002 0.00001
КПО №1 1
■К верх. N 2
часть ник. ~\Y /
часть Л ii^.-"4
3 /
4
\ ---^ - -
0 3 6 9 12 1 3 6 9 12 15 3 6 9 12 15 3 6 9 12 15 3 6 9 12 1f -^ 3 6 9 12 ^
Момент затяжки, Нм
Ребро 1 Ребро 2 Ребро з Ребро 4 Полотно (верх) Полотно (низ)
Рис. 6. Зависимость изменения двухосного прогиба КПО №1 от момента затяжки силового болта: 1 - рассчитанной стрелы прогиба / ; 2 - экспериментальной стрелы прогиба / ; 3 - рассчитанной стрелы
прогиба ; 4 - экспериментальной стрелы прогиба j
кпс №1
\ 2 1" / верх. часть
V 1 2\ иск. часть 4
\\ —
\
/ /
^^х \ Jу
С 3 6 9 12 15 3
9 12 15 3 6 Момент затяжки, Нм
12 15 3 6 9 12 15 3
Полотно (верх)
Полотно (низ)
Рис. 7. Зависимость изменения расчетного (1) и экспериментального (2) единичного угла закручивания КПО №1
от момента затяжки силового болта
При разработке методики расчета режимных параметров процесса правки маложестких подкрепленных деталей необходимо учитывать, что эксцентричное усилие, требуемое для устранения одного из отклонений, повлечет за собой изменение других отклонений. Последовательность расчета требуемых уси-
лий зависит от геометрических характеристик поперечного сечения обрабатываемых деталей и характера отклонений в каждом конкретном случае, а стратегию обработки необходимо строить таким образом, чтобы количество проходов и обрабатываемых участков было минимальным.
Библиографический список
1. Пашков А.Е., Викулова С.В., Макарук А.А. Формообразование и правка маложестких деталей при помощи переносного инструмента // Высокие технологии в машиностроении: материалы Всероссийской научн.-техн. конф. с международ. участием. Самара, СамГТУ, 2009. С 156-159.
2. Макарук А.А. Исследование процесса правки фрезеро-
ванных деталей каркаса раскаткой роликами // Вестник ИрГТУ. 2012. №. 5 (64). С. 27-35.
3. Власов В.З. Тонкостенные упругие стержни. Государственное издательство физико-математической литературы. М., 1959. 574 с.
