CC BY
96
УДК 621.941
А. П. МОРГУНОВ П. Н. ЛАСТОВСКИЙ
Омский государственный технический университет
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЗАДАННЫХ ТРЕБОВАНИЙ ТОЧНОСТИ РАЗМЕРНОЙ ОБРАБОТКИ ТОНКОСТЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ____________________________________
Как известно в машиностроении значительную долю занимают детали, при обработке которых прогибы поверхностей деталей под действием приложенных сил соизмеримы со значениями допуска на обработку. К таким деталям относятся лопатки, диски, кольца турбин, осевых компрессоров и других изделий. Возникновение указанных прогибов под действием сип резания и сил закрепления приводит к формированию погрешностей обработки. Причем в каждом случае значения погрешностей носят изменяющийся в широких пределах характер с учетом изменения износа инструмента, режима резания и других условий. Статья посвящена вопросам управления такими погрешностями.
Ключевые слова: обработка, тонкостенные детали, погрешности обработки, точность обработки.
При проектировании механизмом и узлов во всех отраслях машиностроения отмечается увеличение номенклатуры тонкостенных деталей. Эта тенденции вызвана объективными причинами: уменьшением общей массы, эргономичности, а иногда невозможностью обеспечения заданных эксплуатационных характеристик применением деталей с более высокой массой и габаритами. Реализация гаких требований обеспечивается за счет постоянного совершенстпо-пания методов и средств проектирования, подготовки методов технологических воздействий
Одними из наиболее характерных представителей тонкостенных деталей (рис. 1), применение которых вызвано, в первую очередь, обеспечением заданных эксплуатационных характеристик, в частности снижение массы, являются детали двигателей летательных аппаратов. Преимущественно, это тела враще* ния, обечайки, диски и т.д. Эти детали имеют разно-образную конфигурацию, конструктивные особенности. размеры, требования к точности и качеству поверхностей. Они изготавливаются, в зависимости от условий работы, из самых разнообразных материалов: о г полимеров до жаропрочных «твердых сплавов. При этом к названным деталям предъявляют по-
вышенные требования но точности и состоянию поверхностного слоя (1).
Размерная обработка таких деталей на технологических операциях точения, шлифования и других связана с прогибом обрабатываемых поверхностей иоддействием сил резания и формированием связанных с этим погрешностей обработки. Указанное наиболее характерно для обработки деталей силовых установок летательных аппаратов, материалом которых являются высоко- и особопрочные материалы с низкой обрабатываемостью. Отдельные примеры обработки деталей приведены втабл 1. Важно оценит». возможные погрешности обработка на стадии технологической подготовки производства.
Заданные требования точности обработки в указанных условиях обеспечивают путем многократной корректировки управляющих программ станков, снижением параметров режима резания, более частой смены режущих инструментов и других решений, связанных со снижением производительности и с повышением себестоимости обработки. Характерная схема деформации детали под действием сил резания и формирование погрешностей приведена на рис. 2.
Рис. I. Характерные юмкогтенные дстлли
Геометричне *мг отклонения размеров и формы обрабатываемых ілгмешоп деталей
Обрабатываемые злемшт детали, материал Технологические операции Операционный допуск, мм Наибольшие ІІГКЛОНЄННЯ. мм Характер отклонений
1 Іаружная поверхность корпуса і криволинейной образующей, 1-IX17112 Чистовое наружное точение, растачивание на обрабатывающем центре 0,10 .0.20 0,08.0.15 Искажение формы образующей
Торцевые ПОМ рх II осі и кольца. BT3*1 Торцевое наружное точение на стоике с ЧГТУ 0,20...0,40 0,10,. 0.20 Отклонение от плоскости торца
1 Іаружная и внутренние поверхности обечлАкн XJ15С8МТЮ 1 Іаружное точение и растачивание на станках с Ч(1У 0.15.0.30 0.10...0.15 Погрешности размеров цилиндрических поверхи ОСТР й
32 1
J3 »
P0XlJ#1*
ОУ'О;
б>
Рис. 2. Формирование погрешности размерной обработки иод действием сил резание: а. б — без учета и с учетом сил резания
Для своевременною принятия мер но обеспечению заданных требования точности важно обеспечил. прогнозирование рассмотренных отклонений на стадии технологической подготовки производства На рис 2 (Вид Л и П) приведены схемы перемещения элементарного о трезка а - Ь образующей цилиндрической оболочки, расположенного на расстоянии 7. от срединной поверхности.
Из рис. 2 видно, что погрешность размерной обработки иоддействием сил резание определится из условия:
где ^ и — фактическая и расчетная глубина резания;
Лу — значение упругого перемещения обрабатываемого элемента иоддействием радиальной составляющей силы резания.
Упругое перемещение Ду способствует формированию погрешности 6Ч>.
Оценку погрешностей, связанных с перемещением обрабатываемых поверхностей иоддействием сил резания, предложено выполнить с применением положений теории упругости [2|
Расчет прогибов под действием радиальной составляющей силы получены на основе рассмотрения круговой цилиндрической оболочки.
Из круговой цилиндрической оболочки (рис. 3), нагруженной силой Ру. диумя осевыми и двумя нор-
',^9
Рис. 3. Схема внешних нагрузок, действующих на элемент Rd^dx
мольными к оси X сечениями выделим элемент площадью Rd^pd^г. Па этот элемент будет воздействовать система усилий и внешних нагрузок Тт, Т'щ1 О— внутренние силы, М,, Му — крутящие моменты, показанные на рис. 3.
Из шести уравнений равновесия три будут удовлетворяться тождественно, а к нетривиальным результатам приведут только следующие условия |3):
= 1^.у = о,
Развернем последовательно эти условии:
(/ * ► Тл) к Кг*р - Та Яс/ф + Р> (іх -- 0;
или
сiTm + dx -- О;
dtp
2T4dx у sin --- (0 + dQ)Rd<p - QRdy - Pv Rdipdx 0
do d«P
Заменяя ввиду малосги углов sm~ на —.получим dx R "
МуRdt\р (му + dAJ( )х Wc/ф +
(О ♦ dQ)Rdydx +- /» Rdiftdx у = 0.
Раскрыв скобки и отбросив величины высшего порядка малосги, получим:
Q.&L.
dx
Рис. 4. Схема автоматизированного управлення погрешностями при токарной обработке тонкостенных деісілен
Рис 5. Технологические приемы управления прогибами при точении корпусных нежестких деталей вращения с криволинейной образующей на токарных станках с ЧПУ
Искомая медицина упругого отжима определится из сравнения длин окружностей срединной поверхности до и после деформации:
л ‘2л№'-х + »')-2к{К~г)
2ЦК-г) х
УУ
ВТ
(И
РгIі »(/)=-£-
18Е/.
где /?' — радиус детали после деформации; и' — величина осевого перемещения элементарного отрезке а - Ьобразующей цилиндрической оболочки; г — расстояние от отрезка до срединной поверхности.
Величина иг находится путем математических действий, описанных выше, и она определяется но формуле |4|:
нг-
Р,е*
ЛклО ’
г* В?
где 0= -у3) —цилиндрическаяжесткость;
ГИГ
V А ЇЇЧ) — *«»ффициеііт затухания перемещений;
Я — модуль упругости;
V —коэффициен т Пуансона.
В рассматриваемых условиях обеспечение требований точности обработки деталей ил материалов низкой обрабатываемости существенное значение имеет фактор непрерывного изнашивания формообразующего инструмента. При этом должны быть учтены характеристики размерного износа инструмента, непосредственно влияющие на фактическую глубину резания:
где /?г — размерный износ инструмента.
А также должны быть учтены и условия возрастания сил резания по мере увеличения износа по задней грани Так. при возрастании такого износа проход ного резца изменение сил резания может быть описано зависимостью:
Р вР . К
ГЦщ\п I гу(пГ|»Г •
где Р)1иш) и Ру(ЯГц, — составляющие силы резания резца с износом Ь, и переточенного резца;
— коэффициент, учитывающий влияние износа Л,на значение силы резания; при /#, =0,3...0,5мм при обработке де тали из сплавов XI138ВТЮ,15Х12В2МФ, ВТ9 К -1.8...3.2.
і
іяпягмоиитуп и їинкмізоншпуу» «юг <П> с т мшюга деояо
Размерный износ режущего инструмента способ ствует формированию погрешности При этом суммар» юяпохреш j iocibSj. =* 5Ду + бнш г.
Механизм влияния характеристик износа на геометрическую точность, наряду с указанными факторами изменения размерного износа и сил резания, включаеттеоловые деформации элементов системы «деталь-инструмент». Однако п рассматриваемом исследовании их влияние не превышало 5 - У %.
Полученные результаты показали, что снижение жесткости детали но мере удаления припуска сопровождается увеличением влияния на точность обработки сил резания по сравнению с изменением размера фирмообразующих поверхностей инструмента вследствие его износа.
Обработку деталей с поверхностями вращения проводят в автоматическом режиме на станках с ЧПУ. При зтом неизбежно формирование погрешностей обработки связанных с упругой деформацией обрабатываемых элементов деталей. Заблаговременное знание таких погрешностей позволяет внести кор рекцию в условия обработки и обеспечить заданные требования точности.
Изложенный подход позволил установить влияние определенных условий обработки тонкостенных нежестких деталей на формирование прогибов и погрешностей, связанных с этой обработкой. Это, в свою очередь, позволило разработать методику управления прогибами и соответственно погрешности обработки |4|. Такие данные приведены на рис. *1
Полученные закономерности прогнозирования погрешностей автоматизированной обработки на стадии технологической подготовки производства позволяют своевременно обеспечить заданные требования точности путем:
использования оптимальных схем снятия припуска и закрепления деталей;
— коррекции программ станков с ЧПУ для обеспечения заданной траектории движения формообразующего инструмента;
— назначения рациональных компоновок станочной оснастки и других решений |5|.
По результатам выполненных работ предложены технологические приемы управления погрешностями от действующих сил резания, отдельные из которых представлены на рис. 5.
Изложенные решения по обеспечению требований точности нежестких деталей подготовлены д\и применения в автоматизированных системах проектирования технологических процессов широкой номенклатуры деталей.
Библиографический список
1. Сулим.» А. М . Шулов В. А , Ягодин Ю. А- Поверхностный слой к эксплуатационные свойства деталей. - М,: Машиностроение, 1988. - 240 с
2. Тимошенко С.Г1„ Войнопский-КриггрС Пластины и обо лочкн. - М.: Гос. над. фих-мпт. лит., 1963,— 636 с.
3. Флюггс В. Статика и динамика абалочех. - М ; Гос тд ПНЯ. — 307 с.
•І. Голідонпейзер А. А Теория упругих тонких оболочек — 2-е изд., мгрераб и доп — М.: Наука, 1976 512с.
5.'(ислоннысметоды нрикладнойтеорниунругоеги/ Филиппов А. П.. Булгаков В. I (., Воробьев Ю. и лр - Киев: І Іаукова думка, 1968. - 250с.
МОРГУНОВ Анатолий Павлович, доктор технических наук, про(|нч сор, заведующий кафедрой «Техно-логия машиностроения».
ЛАСТОВСКИЙ Павел Николаевич, аспират- кафед-ры «Технология машиностроения».
Адрес для переписки: 644050, г. Омск. пр. Мира, 11
Статьи поступила п редакцию 25.0ft.2009 г.
46 А. П. Моргунов, П. Н. Аастоаскнй
Книжная полка
Конюшков, Г. В. Специальные методы сварки давлением [Текст] : учеб. пособие для вузов по специальности 150200 «Машиностроительные технологии и оборудование», 150202 «Оборудование и технология сварочного производства», 210107 «Электронное машиностроение» / Г. В. Конюшков, Р. Л. Мусин. — Саратов: Ай Пи Эр Медиа, 2009. — 630, [ 11 с.: рис., табл. — (Высшее образоваїше). — ISBN 978-5-904000-04-2.
В учебном пособии дана классификация всех методов сварки давлением по видам технологического воздей ствия (холодной, взрывом, ультразвуковой, магнитонмпульсной, гермокомпрессионной, индукционной, диффузионной через взрывающиеся прослои) и группам соединяемых металлических и неметаллических ма териалов; рассмотрены особенности применения этих процессов для изготовления изделий в различных отраслях техники. Впервые изложена атомвакансионнам природа активных центров взаимодейс твия металлов с неметаллическими материалами.
Авторами излагаются особенности технологических процессов при всех методах сварки давлением (за исключением контак тной), впервые сделан обзор ряда новых перспективных методов их интенсификации. Рассматриваются также особенности оборудования, применяемого при всех методах сварки давлением Впервые приведены сведения об аттестации сварочного производства.
