Снижение коробления маложестких деталей из алюминиевых сплавов технологическими методами Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

могательных машин электровозов ВЛ-80, ВЛ-85 и рекомендации по ее снижению // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2006. № 4. С. 51-63.

5. Лукьянов Д.А., Алейников Д.П., Лукьянов А.В. Вычисление параметров и визуализация пространственных колебаний шпинделя обрабатывающего центра по результатам виброизмерений // Вестник ИрГТУ. 2013. № 12 (83) . С. 92-99.

6. Лукьянов А.В., Алейников Д.П. Исследование простран-

ственной вибрации обрабатывающего центра в режиме фрезерования // Системы. Методы. Технологии. 2014. № 1 (21). С. 96-101.

7. Неразрушающий контроль: справочник. / Под общ. ред. В.В. Клюева. Т. 7. Кн. 2. Балицкий Ф.Я., Барков А.В., Баркова Н.А. и др. Вибродиагностика. М.: Машиностроение, 2006. 829 с.

УДК 621.91

СНИЖЕНИЕ КОРОБЛЕНИЯ МАЛОЖЕСТКИХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

© С.И. Ботвенко1, П.С. Смольков2

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Приведены результаты исследования остаточных деформаций в тонкостенных деталях П-образного профиля, изготовленных из термически обработанных заготовок с различным поперечным сечением. Изучено влияние величины удаляемых припусков на геометрическую точность маложестких деталей при их механической обработке с двух сторон.

Ключевые слова: заготовка; маложесткая деталь; остаточные деформации; остаточные напряжения.

DECREASING BUCKLING OF THIN-WALLED PARTS FROM ALUMINUM ALLOYS THROUGH TECHNOLOGICAL METHODS

S.I. Botvenko, P.S. Smolkov

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The paper provides the results of studying residual deformations in thin-walled parts of a U-shaped profile, which were made of heat-treated workpieces of various cross sections. It studies the influence of the amount of removed allowances on the geometrical accuracy of low rigid parts under their two-side machining. Keywords: workpiece; low rigid part; residual deformations; residual stresses.

Большинство деталей силового набора летательных аппаратов (рамы, нервюры, панели, стрингеры и т.д.) относятся к разряду крупногабаритных маложестких либо просто маложестких деталей. Как правило, заготовками для них служат горячекатаные плиты или массивные поковки из алюминиевых сплавов, прошедшие полный цикл упрочняющей термообработки, включая закалку и последующее старение. Применение полуфабрикатов или поковок с близкими размерами поперечных сечений и размерами в плане к размерам готовой детали в производственных условиях встречается не часто [3]. Как следствие - большой объем механической обработки при изготовлении рассматриваемых деталей и возникновение погрешностей форм локального и общего характера деталей, размерной неточности и т.д., вызванные удалением значительных припусков. Причины появления указанных погрешностей и возможные пути их снижения изложены в работе [1].

На основе экспериментальных исследований авторы установили рациональное распределение удаляемых припусков при обработке маложестких дета-

лей из алюминиевых сплавов с минимальными остаточными деформациями с двух сторон.

Для изготовления маложестких деталей были выбраны три вида заготовок из сплава В95 длиной 140 мм, отличающиеся размерами и формой поперечного сечения (рис. 1). Две группы образцов изготовили из заготовок призматической формы толщиной 40 и 25 мм, третью группу - из полуфабрикатов П-образной формы (таблица).

Рис. 1. Тонкостенная П-образная деталь в принятой системе координат

1Ботвенко Сергей Иванович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник НИЧ, тел.: 89025610151, e-mail: bsll110@yandex.ru

Botvenko Sergey, Candidate of technical sciences, Senior Researcher of the Research Department, tel.: 89025610151, e-mail: bsll110@yandex.ru

2Смольков Павел Сергеевич, аспирант, научный сотрудник НИЧ, тел.: 89834180261, e-mail: sps@istu.edu Smolkov Pavel, Postgraduate, Research Fellow of the Research Department, tel.: 89834180261, e-mail: sps@istu.edu

Схема

расположения детали в заготовке

Группа образцов

Заготовка

Схема расположения детали в заготовке

2

А

N

м

1

3

Б

В

Каждая группа заготовок была подвергнута упрочняющей термической обработке, включающей операции закалки и искусственного старения по режимам заводской технологии. Размеры поперечных сечений призматических заготовок приняты из условий возможности моделирования величиной удаляемых припусков при обработке детали с двух сторон - заготовки группы А. Как правило, в производственных условиях толщина заготовок группы В принимается максимально близкой к высоте изготавливаемого профиля. Следует отметить, что при назначении удаляемых припусков для всех заготовок по схеме 3 исходили из принципа совмещения главных осей инерции поперечных сечений заготовки и готовой детали. Как отмечено в работах [1, 2], уравновешивание пространственного распределения термических остаточных напряжений в призматических заготовках и полуфабрикатах со сложным поперечным сечением происходит относительно главных осей инерции их поперечных сечений. При членении призматической термиче-

ски обработанной заготовки на простейшие призматические элементы перераспределение и уравновешивание остаточных напряжений в каждой составной части происходит также относительно главных осей инерции поперечного сечения каждого отдельного составного элемента. Отсюда следует, что при назначении величины удаляемых припусков при обработке маложестких деталей с двух сторон по принципу совмещения главных осей инерции поперечных сечений заготовки и готовой детали остаточные деформации последней будут минимальны.

Механическую обработку заготовок производили на станке модели 6Н13П двухзубой концевой фрезой диаметром 20 мм при л=б0о об/мин, S=40 мм/мин. Измерение остаточных деформаций производили на координатно-измерительной машине (КИМ) Zeiss Calipso Accuro по внешнему контуру полотна образца с точностью до 0,001 мм в контрольных точках по схеме, изображенной на рис. 2.

Рис. 2. Схема расположения контрольных точек для измерения отклонений от теоретической поверхности

Прогибы относительно осей Z и Х определяли в соответствии со схемой измерения по следующим формулам:

А +Аз

fz1 =

fz 2 _

2

А + А,

- — А.

-Л,

fz, —Л.

fx1

2

А + А

fx2

f =Аз

Jx 3

2

А +A„

- — А

2

А +Л„

-Л,

■ — А,

где А••• А - отклонение от теоретической поверхности, измеренное с помощью КИМ в контрольных точках 1-9; , 2, , Гх1, /х1, /х3 - прогибы в направлении соответствующих осей.

Для получения достоверных результатов при проведении исследований значение каждой контролируемой величины (в данном случае прогибов) определяли по трем идентичным образцам.

На рис. 3 представлены результаты исследований прогибов полотна тонкостенного профиля относитель-

но оси Z при его изготовлении из толстостенной призматической заготовки (рис. 3, а), массивного полуфабриката П-образного поперечного сечения (рис. 3, б) и призматической заготовки, размеры поперечного сечения которой близки к размерам поперечного сечения исследуемой детали (рис. 3, в).

На рис. 4 показана гистограмма распределения прогибов полотна, что и в предыдущем случае, только относительно оси X.

Анализ гистограмм, изображенных на рис. 3, позволяет сделать заключение о том, что минимальный прогиб полотна исследуемой детали наблюдается для случаев, когда удаляемый припуск назначался из соблюдения принципа совмещения главных осей инерции поперечных сечений заготовки и детали. При этом величина остаточных деформаций в отдельных случаях по сравнению с другими схемами по абсолютной величине меньше в 5-6 раз. Менее рельефно указанная особенность наблюдается при изучении гистограмм, показанных на рис. 4. Как указано в работе [1], тонкостенный П-образный профиль обладает пониженной жесткостью относительно оси X. Прогибы собственно ребер после удаления припусков с их боковых сторон оказывают существенное влияние на деформации полотна в поперечном менее жестком направлении. Это сказывается также на «уводе» на несколько градусов оси ребра от вертикального положения.

0,050 0,000 -0,050 -0,100 -0,150 -0,200 -0,250 -0,300

—

0,050 0,000 050

0, -0, -0,100 -0,150 -0,200 -0,250 -0,300

fz1 fz3 fz3 □ Схема 1 Ш Схема 2 0 Схема 3

F71

=1 ч и 1 §

й

fz1 fz3 fz3 □ Схема 1 О Схема 2 ЕЭ Схема 3

0,050 0,000 -0,050 -0,100 -0,150 -0,200 -0,250 -0,300

ffl

fz1 fz2 fz3 И Схема 1 □ Схема 2 Н Схема 3

а)

б)

в)

Рис. 3. Прогибы полотна тонкостенного профиля в направлении оси 1 при различном сочетании удаляемых припусков с двух сторон: а - образцы группы А; б - образцы группы Б; в - образцы группы В

0,100

0,050

0,000

-0,050

-0,100

-0,150

fx1 fx2 fx3 И Схема 1 Ш Схема 2 Н Схема 3

i" -г i-

а

I

I

0,100

0,050

0,000

-0,050

-0,100

-0,150

fx1 fx2 fx3 Н Схема 1 И Схема 2 Н Схема 3

0,100 0,050 0,000 -0,050 -0,100 -0,150

Ш

fX1 fx2 fx3 □ Схема 1 И Схема 2 ЕЗ Схема 3

а) б) в)

Рис. 4. Прогибы полотна тонкостенного профиля в направлении оси Х при различном сочетании удаляемых припусков с двух сторон: а - образцы группы А; б - образцы группы Б; в - образцы группы В

0,030 0,010 -0,010 -0,030 -0,050 -0,070

■ -

■ -

1

í

I

I

■■ -.4

[3 Образцы группы А

ЕВ Образцы группы Б

■V Образцы группы В

fzl

fz2

fz3

Рис. 5. Прогибы полотна тонкостенного профиля при его изготовлении из призматической заготовки (образцы группы А и В) и полуфабриката (образцы группы Б)

На рис. 5 представлены прогибы полотна тонкостенного П-образного профиля при его изготовлении из заготовок с призматическим поперечным сечением и полуфабриката по схеме 3. Следует отметить, что прогибы полотна при изготовлении детали из полуфабриката значительно меньше прогибов при его изготовлении из массивной призматической заготовки. Эти данные совпадают с выводами автора работы [3].

В заключение можно сделать следующие выводы:

1. Изготовление деталей из полуфабрикатов (поковок, штамповок) с максимально близкими размерами поперечных сечений и размерами в плане к теоретическому контуру детали эффективно не только с точки зрения минимизации остаточных деформаций (поводок, коробления, закручивания), но и других показателей (снижение металлоемкости заготовки, снижение времени механической обработки и т.д.).

2. При изготовлении маложестких деталей из заго-

товок и полуфабрикатов, прошедших полный цикл термической обработки, назначение удаляемых припусков необходимо осуществлять из принципа совмещения главных осей инерции поперечных сечений заготовки (полуфабриката) и готовой детали.

Представленная в рамках данной статьи работа проводится при финансовой поддержке Правительства Российской Федерации (Минобрнауки России) по комплексному проекту 2012-218-03-120 «Автоматизация и повышение эффективности процессов изготовления и подготовки производства изделий авиатехники нового поколения на базе Научно-производственной корпорации «Иркут» с научным сопровождением Иркутского государственного технического университета», согласно постановлению Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 г. № 218.

Статья поступила 05.12.2014 г.

Библиографический список

1. Ботвенко С.И. Остаточные напряжения и деформации при изготовлении деталей типа пластин с подкреплениями. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2012. 132 с.

2. Ботвенко С.И. Механизм перераспределения термических

остаточных напряжений // Вест-ник ИрГТУ. 2011. № 10 (57). С. 29-32.

3. Брондз Л.Д. Особенности технологии, проектирования и изготовления пассажирских самолетов: учеб. пособие. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2012. 73 с.

УДК 621.923; 621.922

ТЕМПЕРАТУРА В ЗОНЕ РЕЗАНИЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ ЭЛАСТИЧНЫМИ АБРАЗИВНЫМИ КРУГАМИ

© Ю.В. Димов1, Д.Б. Подашев2

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Рассмотрено влияние режимов резания на температуру в зоне резания при обработке эластичными абразивными кругами. Измерение температуры производилось тепловизором FLIR Orion SC7000. Установлены закономерности изменения температуры в зоне резания от радиальной деформации круга, скорости резания и подачи. Приведены уравнения данных зависимостей.

1Димов Юрий Владимирович, доктор технических наук, профессор кафедры конструирования и стандартизации в машиностроении, тел.: 89645427169, e-mail: Dimov-Ura@yandex.ru

Dimov Yuri, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Design and Standardization in Mechanical Engineering, tel.: 89645427169, e-mail: Dimov-Ura@yandex.ru

2Подашев Дмитрий Борисович, кандидат технических наук, ассистент кафедры конструирования и стандартизации в машиностроении, тел.: 89086558744, e-mail: dbp90@mail.ru

Podashev Dmitry, Candidate of technical sciences, Assistant Professor of the Department of Design and Standardization in Mechanical Engineering, tel.: 89086558744, e-mail: dbp90@mail.ru