CC BY
11
Секция
«ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И МЕХАТРОННЫЕ СИСТЕМЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ»
УДК 621.924.079
ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА АБРАЗИВНО-ЭКСТРУЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ
Р. Р. Алексеев, А. Н. Логинов Научный руководитель - В. А. Левко
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: levko@mail.sibsau.ru
Моделирование процесса абразивно-экструзионной обработки сопровождается значительными сложностями. Модули гидродинамического анализа не позволяют в полной мере описать свойства вязкоупругих веществ. Описание ползучести в современных системах инженерного анализа позволит добиться более точных результатов.
Ключевые слова: абразивно-экструзионная обработка, моделирование, инженерный анализ, ползучесть.
ESPECIALLY SIMULATION OF ABRASIVE FLOW MACHINING PROCESS
R. R. Alekseev, A. N. Loginov Scentific Supervisor - V. A. Levko
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: levko@mail.sibsau.ru
Simulation of abrasive flow machining process is accompanied by significant challenges. Hydrodynamic analysis module does not allow you to fully describe the properties of viscoelastic materials. Description creep in modern systems engineering analysis would lead to results that are more accurate.
Keywords: abrasive flow machining, modelling, engineering analysis, creep.
В машиностроении существует проблема обеспечения качества деталей со сложными криволинейными поверхностями, таких как детали летательных аппаратов, двигателей внутреннего сгорания, а также инструментальной оснастки для металлургического и заготовительного производств. Для ее решения применяют нетрадиционные методы финишной обработки, в том числе абразивно-экструзионную обработку или обработку абразивным потоком (abrasive flow machining). Этот вид финишной обработки заключается в снятии слоя материала с поверхности обрабатываемого канала при перепрессовывании под давлением через него среды, состоящей из вязкоупругого основания, наполненного твердыми рабочими элементами [1].
Процесс абразивно-экструзионной является сложным. При его реализации возникает целый ряд физических явлений, влияющих на качество и производительность обработки. Для внедрения абра-зивно-экструзионной обработки в производство конкретных деталей необходимо провести достаточно большой объем экспериментальных исследований, связанных с определением состава среды и режимов ее перепрессовывания, обусловленных физико-механическими и геометрическими характеристиками обрабатываемых каналов. Уменьшить объем экспериментальных исследований возможно
Секция « Технологические и мехатронные системы в производстве ракетно-космической техники»
за счет моделирования процесса обработки в системах инженерного анализа. Для выбора оптимального варианта технологических параметров обработки необходимо знать поле распределения скорости и давления потока среды в обрабатываемом канале [2]. Эти значения необходимы для оценки условий контактных взаимодействия [3], а также расчета шероховатости обработанной поверхности и производительности удаления материала [4].
Было осуществлено моделирование потока среды в модуле гидродинамического анализа SolidWorks Flow Simulation, предназначенном для моделирования трехмерных течений жидкости, а также визуализации этих течений методами компьютерной графики [5].
Предложено при моделировании учитывать не только статистическое давление, но и динамическое давление в потоке. На этом предположении в программном комплексе FLUENT 6.3 были получены поля распределения скорости потока и давления среды в цилиндрическом канале [6]. Данные подходы моделирования позволили получить c определенной точностью картину распределения скорости и статического давления потока среды. Однако картина динамического распределения давления не соответствует известным экспериментальным данным [7; 8]. Это связано с тем, что при моделировании процесса обработки в модулях гидродинамического анализа невозможно описать упругие свойства потока среды, являющейся особенностью реологии этого вида финишной обработки [9].
Так система ANSYS SFX была использована для моделирования процесса течения рабочей среды на основе интеграции неньютоновской, уменьшающей вязкость при сдвиге жидкости Максвелла в неупругие уравнения Навье-Стокса. В этом подходе речь идет не скорости потока, а о скорости деформации сдвига [10]. Результаты моделирования подтверждают, что производительность обработки зависит, в первую очередь, от величины упругих деформаций среды.
Это свойство можно описать с помощью параметра ползучести в современных системах инженерного анализа.
Схема элемента, описывающего ползучесть: elastic - упругость, primarycreep - первичная ползучесть, secondarycreep - вторичная ползучесть
Для моделирования такого поведения рабочей среды и с целью более тесной корреляции результатов моделирования к имеющимся экспериментальным данным, необходимо корректно задать параметры расчетной модели.
В предыдущих подходах к моделированию на расход среды не накладывалось никаких ограничений. В реальности, в обработке участвует определенный объем среды, который испытывает необратимое сдвиговое течение. Для того чтобы образовался поток, напряжение сдвига от штока должно передаться ко всему объему среды. Для верификации результатов моделирования можно использовать результаты визуальных исследований характера потока среды в каналах различной конфигурации [11-13].
В настоящее время существует проблема описания свойств ползучести среды. Определение эмпирических зависимостей ползучести среды в зависимости от ее состава и степени наполнения абразивными зернами, позволит более точно задавать граничные условия моделирования процесса. Для первоначальной оценки данных можно использовать эмпирические зависимости коэффициентов эффективной вязкости, упругости и пластичности среды при абразивно-экструзионной обработке [14; 15].
Библиографические ссылки
1. Левко В. А. Абразивно-экструзионная обработка: современный уровень и теоретические основы процесса : монография. Красноярск: Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т, 2007. 228 с.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1
2. Левко В. А. Абразивно-экструзионная обработка. Современный уровень, проблемы и направления развития // Изв. Томск. политех. ун-та. 2006. Т. 309. № 6. С. 125-129.
3. Левко В. А. Контактные процессы при абразивно-экструзионной обработке // Металлообработка. 2008. № 3. С. 19-23.
4. Левко В. А. Расчет шероховатости поверхности при абразивно-экструзионной обработке на основе модели контактных взаимодействий // Изв. высш. учеб. заведений. Авиационная техника. 2009. № 1. С. 59-62.
5. Моделирования процессов абразивно-экструзионной обработки в SolidWorks / Д. М. Тури-лов, И. А. Ларкина // Решетневские чтения : материалы Международ. науч.-практич. конф.. 2009. № 13. С. 353-354.
6. Temperature as sensitive monitor for efficiency of work in abrasive flow machining / Liang Fang, Jia Zhao, Kun Sun, Degang Zheng, Dexin Ma // Wear. 2009. Vol. 266. Iss. 7-8. P. 678-678.
7. Экструзионное хонингование деталей летательных аппаратов: теория, исследования, практика : монография / С. К. Сысоев, А. С. Сысоев ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2005. 220 с.
8. Левко В. А. Исследование распределения давления рабочей среды по длине канала при абра-зивно-экструзионной обработке // Вестник СибГАУ. 2012. № 4(44). С. 159-162.
9. Левко В. А. Особенности реологии рабочей среды при абразивно-экструзионной обработке // Вестник СибГАУ. 2005. Вып. 7. С. 96-100.
10. CFD (Computational fluid dynamics) Simulation of the Abrasive Flow Machining Process / E. Uhlmann, C. Schmiedel, J. Wendler // Procedia CIRP. 2015. Vol. 31, p. 209-214, 15th CIRP Conference on Modelling of Machining Operations (15th CMMO).
11. Левко В. А. Научные основы абразивно-экструзионной обработки деталей : монография ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. 222 с.
12. Исследование влияния формы обрабатываемого канала на течение рабочей среды при абра-зивно-экструзионной обработке / В. А. Левко, М. А. Лубнин, П. А. Снетков и др. // Вестник СибГАУ. 2009. № 4(25). С. 138-145.
13. Research the influence finishing canal shape to flow media for abrasive flow machining process / V. A. Levko, M. A. Lubnin, P. A. Snetkov, E. B. Pshenko, D. M. Turilov // Vestnik SibGAU. 2009. № 5(26). P. 93-99.
14. Экспериментальное определение коэффициентов вязкости, упругости и пластичности рабочей среды при абразивно-экструзионной обработке / П. А. Снетков, В. А. Левко, Е. Б. Пшенко, М. А. Лубнин // Вестник СибГАУ. 2009. № 4 (25). С. 134-138.
15. Experimental determination factor to viscosity, elasticity and plasticity media for abrasive flow machining process / P. A. Snetkov, V. A. Levko, E. B. Pshenko, M. A. Lubnin // Vestnik SibGAU. 2009. № 5(26). P. 99-103.
© Алексеев Р. Р., Логинов А. Н., 2016
