CC BY
4
ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ
УДК 621.941-229
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-526-529
УПРУГИЕ ДЕФОРМАЦИИ ОБОЛОЧКОВЫХ ЗАГОТОВОК ПРИ ЗАКРЕПЛЕНИИ В ТРЕХКУЛАЧКОВЫХ ПАТРОНАХ
А.О. Чуприков
Проанализирована типовая установка оболочечного корпуса из сплава В95 в трехку-лачковом патроне с расточенными кулачками. Показано с помощью компьютерного моделирования в что при расчетных условиях упругие деформации корпуса заготовки равномерно распределяются по цилиндру, где наблюдаются максимальные перемещения в диапазоне 0,00508^0,00542 мм.
Ключевые слова: точность, оболочковые корпусы, упругие деформации, трехкулачко-вые патроны.
В специальных отраслях машиностроения существуют оболочковые изделия, имеющие специфику, связанную с парадоксальными показателями функциональных характеристик. К таким изделиям относят, например, корпуса малогабаритных летательных аппаратов (МЛА), которые должны выдерживать значительное внутреннее давление и иметь небольшую массу.
Для закрепления заготовок в приспособлениях приходится увеличивать силы зажима, что, в сочетании с недостаточной жесткостью корпусов МЛА, приводит к увеличению упругих деформаций заготовок и снижению точности обработанных поверхностей. Варианты снижения режимов резания (глубин резания и подач на рабочем ходу) приводят к повышению стоимости изделия [1].
На рис. 1 приведен пример эскизы оболочкового корпуса МЛА, изготавливаемого из сплава В95. В середине корпуса имеется специальная упорная резьба. Точность обработки по 9 квалитету.
С V,//////,/т /ЯУ / /Щ "Г
Рис. 1. Оболочковый корпус МЛА
Для закрепления оболочкового корпуса применяют типовые трехкулачковые самоцентрирующие патроны с широкими кулачками [2, 3], расточенными по посадочному диаметру корпуса (рис. 2).
Величину полученной силы прикладывали к каждому кулачку. Широкие сегменты кулачков расточены под диаметр заготовки и теоретически совпадают. Выбрали стандартную точность построения сетки с приложенной к каждому кулачку силой (рис. 3). Создали 3 D модель сборки в SoПdWorks и провели компьютерное моделирование [4-6].
526
Рис. 3. 3 - D модель сборки в SolidWorks
В результате проведенного моделирования получили следующие результаты по напряжениям (рис. 4).
lises (1МЛпЛ2] 5.541е+0б 5.079е+0б 4.618 е+06 4.15бе+0б 3.694е+06 3.23Ве+ 06 2.771е+06 2.309е+06 1.848е+06 L386C+06 9.241е+05 4.6246+05 7.255е+02
Рис. 4. Напряжение: деформированная модель заготовки в разрезе
По результатам проведенного моделирования видно, что более высокое напряжение возникает в основном в деталях самого приспособления (зона 1), где наблюдаются максимальные напряжения в диапазоне 30,2^30,5 МПА. На участках корпуса патрона, прилегающих к кулачкам (зона 3), наблюдаются напряжения в диапазоне 1,02^1,75 МПА. Центральная часть сферического дна (зона 4) напряжена слабо - 0,45^0,96 МПА.
527
Известия ТулГУ. Технические науки. 2022. Вып. 3
Максимальное напряжение заготовки приходится на дне корпуса заготовки (зона 2). На моделировании видно, что в месте напротив соединения кулачка и сегмента (между зонами 1 и 2) напряжение достигает 5,541 МПа. В этих местах широкие кулачки сдавливают заготовку, при этом участок по центру широких кулачков является более жестким за счет наличия за его стенкой самого кулачка и ребра жесткости. Такие колебания напряжения незначительны. Кроме того, из модели видно, что самое высокое напряжение возникает на внешних поверхностях. На резьбе напряжение незначительно, и им можно пренебречь.
Замятины от широких кулачков не визуализируются. Это объясняется тем, что предел текучести сплава В95 ор =390^410 МПа намного превышает достигаемые напряжения на поверхности заготовки, составляющее 5,541 МПа.
В результате проведенного моделирования получили следующие результаты по перемещениям (рис. 5), на котором визуализированы процессы, происходящие в корпусе и заготовке при закреплении. По аналогии с деформированными моделями корпуса, в этих рисунках продемонстрировано направление перемещения частей тела заготовки, это сделано для наглядности и не связано с результатом моделирования.
1Л?Е! (тгп)
Следует отметить, что максимальные перемещения в корпусе МЛА приходятся на цилиндрической части корпуса. Широкие кулачки сдавливают заготовку по наружной цилиндрической поверхности по идеально совпадающему контуру. Соответственно, цилиндрическая поверхность подвергается перемещению и вследствие совпадения контуров корпус равномерно сдавливается (зона 1), где наблюдаются максимальные перемещения в диапазоне 0,00508^0,00542 мм. На дне заготовки и кулачках патрона (зона 2) отмечены перемещения в диапазоне 0,0018^0,0037 мм по всей наружной поверхности. Наименьшие относительные перемещения наблюдают в корпусе патрона (зона 3) - 0,00092^0,0014 мм. В патроне (зона 4) 0,0004^0,0009 мм. Такие колебания перемещения незначительны, и ими можно пренебречь.
Выводы
1. Несмотря на более низкие механические характеристики сплава В95, показано, что по эффективности применения в корпусах МЛА он не уступает высокопрочным легированным сталям. Это достигается за счет меньшей плотности и достаточно высокой жесткости заготовок корпусов МЛА при закреплении на операции растачивания в патронах с широкими кулачками.
2. Математическое моделирование в среде SOLID WORKS при максимальной расчетной силе зажима заготовки показало, что при расчетных условиях упругие деформации корпуса заготовки равномерно распределяются по цилиндру, где наблюдаются максимальные перемещения в диапазоне 0,00508^0,00542 мм.
3. На заготовке и кулачках патрона отмечены перемещения в диапазоне 0,0018^0,0037 мм по всей наружной поверхности. Наименьшие относительные перемещения наблюдают в корпусе патрона - 0,0004^0,0009 мм.
4. Подобные расчеты показывает один из подходов к решению технологической задачи по обеспечению точности изготовлению такого рода изделий - корпусов МЛА, на основе которого проводить изменение параметров технологического процесса.
Список литературы
1. Бахно А.Л., Ямников А.С., Васильев А.С., Чуприков А.О. Повышение точности растачивания отверстий в сварных корпусах // СТИН, 2019 №6. С. 38-40.
2. Ямников А.С., Ямникова О.А., Чуприков А.О., Матвеев И.А. Упругие деформации заготовок полых осесимметричных корпусов при закреплении в трехкулачковых патронах // Черные металлы. 2018. №6 (1038). С. 25 - 30.
3. Ямников А.С., Чуприков А.О. Токарные патроны для закрепления тонкостенных заготовок // Вестник машиностроения. №8, 2015. С. 64-66.
4. Чуприков А.О., Ямников А.С. Моделирование погрешностей закрепления тонкостенных сварных корпусов в трехкулачковых патронах // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2014, №8-2. С. 18-22.
5. Чуприков А.О. Компьютерное моделирование погрешностей обработки тонкостенных сварных корпусов в трехкулачковых патронах // Прогрессивные машиностроительные технологии, оборудование и инструменты. Том III. Коллективная монография / А.О. Чуприков и др.; Под ред. А.В. Киричека. - М.: Издательский дом «Спектр», 2014 - 416 с. С. 253-320.
6. Chuprikov A.O., Yamnikov A.S., and Troitsky D.I. Simulation of deformations in thin shells clamped in a gripper with wrap-around jaws // Cite as: AIP Conference Proceedings 2188, 050028 (2019); https://doi.org/10.1063/L5138455. Published Online: 17 December 2019.
Чуприков Артем Олегович, канд. техн. наук, начальник отдела интеллектуальной собственности, artemline@rambler.ru, Россия, Тула, ПАО «Императорский Тульский оружейный завод»
ELASTIC DEFORMATIONS OF SHELL BLANKS WHEN FIXED IN THREE- CAM CARTRIDGES
A.O. Chuprikov
A typical installation of a shell housing made of B95 alloy in a three-cam cartridge with bored cams is analyzed. It is shown using computer modeling in SolidWorks that under even conditions, elastic deformations of the workpiece body are uniformly distributed along the cylinder, where maximum displacements are observed in the range of0.00508^0.00542 mm.
Key words: precision, shell casings, elastic deformations, three-cam cartridges.
Chuprikov Artem Olegovich, candidate of technical sciences, head of intellectual property department, artemline@rambler.ru, Russia, Tula, PSC «Imperatorsky Tulsky oruzheiny zavod»
УДК 621.744.001
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-529-532
СТРУКТУРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ЛИТЬЯ В ПЕСЧАНЫЕ ФОРМЫ
А.И. Вальтер
Приводится описание операционных и агрегатных технологических графов структурной модели технологического процесса литья в песчано-глинистые формы. Модель технологической части, описывается ОТ-графом, а рациональная компоновка литейной системы АТ-графом.
Ключевые слова: литейный процесс, структурное моделирование, графы, оптимальная компоновка технологического оборудования.
Развитие машиностроения привело к значительному повышению требований к качеству отливок и необходимости увеличения объемов производства. Это потребовало усложнения отдельных элементов технологического процесса, увеличения мощности литейных цехов, усложнения их структуры и резкого увеличения объема информации, превышающего возможности рациональной обработки обычными методами и дальнейшего использования.
