CC BY
48
УДК 621.81.002.2 Е.С. Овсеенко
ОБЕСПЕЧЕНИЕ КА ЧЕСТВА ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАЛОЖЕСТКИХ ДИСКОВ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК ПУТЕМ СНИЖЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСТАТОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ
Проведен анализ процессов формирования поверхностного слоя маложестких дисков ГТД по нескольким основным показателям. Проанализировано качество получаемого поверхностного слоя деталей малой жесткости с учетом влияния технологической наследственности.
Ключевые слова: поверхностный слой, технологическая наследственность, качество, деталь, упрочнение, пластическое деформирование, диски ГТД.
~ИЪ о многих отраслях машино-■м.3 строения (горном машиностроении, турбостроении, авиастроении, ракетостроении, приборостроении, атомном машиностроении и т.п.) имеется большое количество деталей малой жесткости, качественное изготовление которых сопряжено со значительными трудностями из-за технологических остаточных деформаций.
Под технологическими остаточными деформациями (ТОД) понимаются изменения формы, размеров и взаимного расположения поверхностей детали (заготовки) в результате изменения ее напряженного состояния в ходе технологического процесса изготовления.
Сложность управления ТОД состоит в том, что они полностью проявляются только после обработки и освобождения детали от внешних связей и воздействий. Эта особенность ТОД в общем случае делает невозможным их непосредственное измерение и регулирование в процессе обработки заготовки, а также прямое использование для этих целей адаптивных систем управления.
В общем случае обработки с заготовки вместе с припуском удаляется часть
технологических наследственных остаточных напряжений. Кроме того, сам процесс обработки в большинстве случаев вызывает локальные (на определенную глубину) или общие неравномерные объемные изменения материала детали (заготовки). Эти процессы нарушают равновесие остаточных напряжений в заготовке и формируют неуравновешенные начальные напряжения, т.е. напряжения в детали (заготовке) после обработки, но до ее деформации. В упругой зоне они определяются с использованием принципа суперпозиции, т.е. как алгебраическая сумма остаточных напряжений и напряжений от внешних восстанавливающих нагрузок. После освобождения детали от внешних связей и воздействий произойдет перераспределение начальных напряжений по всей детали, они трансформируются в остаточные напряжения, а деталь примет новое равновесное напряженно-деформированное состояние.
Образование технологических остаточных напряжений и деформаций представляет собой единый взаимосвязанный процесс.
Принципиальная схема проектирования техпроцесса обработки маложестких дисков с учетом технологических остаточных деформаций
В его основе лежат технологические начальные напряжения, возникающие в результате пластических, термопластических деформаций и фазовоструктурных превращений в материале поверхностного слоя детали, а также нарушение равновесия технологических наследственных остаточных напряжений. В случае, когда технологические наследственные остаточные напряжения отсутствуют (практически), причиной технологических остаточных деформаций являются образующиеся в процессе
обработки неуравновешенные начальные, а не остаточные напряжения. Остаточные напряжения являются результатом перераспределения начальных напряжений под действием вызванных ими остаточных деформаций.
Интегральными характеристиками влияния методов и режимов обработки на технологические остаточные деформации (линейные и изгибные) деталей являются площадь эпюры начальных напряжений РН и приведенный к обра-
ботанной поверхности изгибающий момент МН:
а1
Рн = | <Ун (х) • дх,
о
а1
Мн = | сгн (х) • х • дх,
о
Для процессов механической обработки и упрочнения поверхностным пластическим деформированием главной интегральной характеристикой является площадь эпюры начальных напряжений РН.
Учитывая влияние технологической наследственности, задачу эффективного управления технологического остаточными деформациями в большинстве случае невозможно решить только на основании результатов исследований и оптимизации отдельных операций. Необходимо знать основные закономерности образования остаточных деформаций по всему технологическому циклу изготовления детали, начиная с оценки состояния заготовки и заканчивая финишными операциями обработки.
При двухсторонней обработке маложестких деталей типа дисков, для исключения остаточных изгибных деформаций необходимо, чтобы в каждом сечении детали соблюдалось следующее условие: суммарный изгибающий момент от действия удаляемых вместе с припуском на обработку технологических наследственных остаточных напряжений и создаваемых процессом обработки дополнительных начальных напряжений с одной стороны должен быть равен аналогичному суммарному изгибающему моменту, возникающему при обработке противоположной стороны.
При односторонней обработке для обеспечения минимальных остаточных деформаций как можно ближе должно соблюдаться условие равенства изгибающих моментов от удаляемых вместе
с припуском на обработку остаточных напряжений и вносимых обработкой дополнительных начальных напряжений.
Технологические процессы изготовления маложестких деталей, как правило, включают в себя операции термообработки, виброобработки и др. для снижения уровня остаточных напряжений в заготовке и после предварительной обработки до минимально возможного, обеспечивая заданные механические свойства металла. Однако, исходя из сформулированных условий обработки с минимальными деформациями, полное снятие наследственных остаточных напряжений в заготовке и на промежуточных операциях обработки во многих случаях нецелесообразно. Оно имеет смысл, если последующая обработка не создает в поверхностном слое существенных начальных напряжений (например, электрохимическая обработка).
Анализ основных закономерностей, а также технологических и конструкционных факторов, влияющих на технологические остаточные деформации маложестких деталей типа дисков, позволяют сформулировать следующие принципиальные методы их снижения:
1. регулирование остаточных напряжений в заготовке с учетом начальных напряжений от последующей обработки;
2. распределение припусков на обработку с учетом остаточных напряжений в заготовке и начальных напряжений от последующей обработки;
3. выбор методов обработки, структуры технологического процесса и его параметров (характеристик и геометрии режущего инструмента, его состояния, режимов обработки и т.п.) с учетом остаточных напряжений в заготовке и начальных напряжений от обработки;
4. корректировка технологических и конструкторских баз;
5. обработка в предварительно напряженном упругом состоянии;
6. правка упругопластическим изгибом или поверхностным пластическим деформированием (ППД).
На основании изложенных выше положений разработана принципиальная
1. Овсеенко А.Н., Серебряков В.И., Гаек М.М. Технологическое обеспечение качества изделий машиностроения. М.: МГТУ «Стан-кин» «Янус-К», 2004, 296 с.
2. Меркулова Н. С., Иванова Т. О.,
схема (алгоритм) проектирования технологического процесса обработки маложестких дисков с учетом влияния остаточных деформаций на точность обработки (рис. 1).
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Гринченко М.И. Совершенствование средств контроля поверхностных остаточных напряжений и их метрологическая аттестация/ Упрочняющие технологии и покрытия, 2006, №3, с. 35-42. ЕШ
— Коротко об авторе ---------------------------------------------------------
Овсеенко Евгений Сергеевич - аспирант кафедры «Технология машиностроения» ГОУ ВПО МГТУ «Станкин», E-mail: ovseenko@bk.ru
А
-------------------------------------------------------------------- РУКОПИСИ,
ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
Улицкий В.М., д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой оснований и фундаментов ПГУПС, научный руководитель «НПО «Г еореконструкция-Фундаментпроект»,
Шашкин А.Г. канд. техн. наук, генеральный директор НПО «Геореконструкция-Фундамент-проект», Email: mail@georec.spb.ru
ЛисюкМ.Б., канд. техн. наук, «НПО «Геореконструкция-Фундаментпроект»
Ретроспективный анализ геотехнической ситуации с учетом взаимодействия здания и основания (816/0311 от 29.12.2011) 9 с.
Анализ геотехнических ситуаций предлагается проводить с использованием численного моделирования с помощью программы FEM models, в которой реализованы различные модели поведения грунтовой среды и конструкций зданий с учетом их взаимодействия. Возможность решения физически и геометрически нелинейных задач в пространственной постановке, реализации конечно-элементных схем размерностью в несколько миллионов степеней свободы позволяет использовать эту программу в качестве эффективного инструмента для анализа геотехнических ситуаций.
Ключевые слова: взаимодействие здания и основания, совместный расчет здания и основания, ретроспективный анализ деформаций, памятник архитектуры.
Ulitskiy V.M., Shashkin A.G., LisiykM.B. RETROSPECTIVE ANALYSIS OF GEOTECHNICAL SITUATION WITH THE REGARD TO THE MUTUAL INFLUENCE OF THE BUILDING AND THE FOUNDATION
Analysis of geotechnical situations needs to be conducted with use of numerical modelling through FEM models software, which incorporates various models of soil and structure behaviour within the perspective of soil-structure interaction. The possibility to solve physically and geometrically non-linear problems in spatial setting, as well as realization of FE profiles with several million degrees of freedom, allow this software to be used as an ultimately effective tool to analyze various geotechnical situations.
Key words: mutual influence of the building and the foundation, combined engineering calculation of building and foundations, Retrospective analysis of deformations, architectural monument.
