CC BY
21
Керамические инструментальные материалы /под ред. Г. Г. Гнесина. Киев : Техника, 1991. 338 с.
3 Сотова Е. С., Верещака А. А., Верещака А. С. Керамические режущие инструменты. М.: Изд-во ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», 2013. 149 с.
4 Кузин В. В. Инструменты с керамическими режущими пластинами. М. : Янус-К, 2006. 160 с.
5 Геворкян Э. С., Романчук С. А. Структура, физико-механические и режущие свойства материала бихромит-Р // Сверхтвердые и композиционные материалы и покрытия, их применение : сб. науч. тр. АН УССР / Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля / отв. ред.
П. С. Кислый. Киев : ИСМ, 1991. С. 33-35.
6 Волосова М. А. Технологические принципы нанесения износостойких вакуумно-плазменных покрытий на режущий инструмент из керамики : справочник // Инженерный журнал. 2005. № 8. С. 46-47.
7 Крапостин А. А. Обеспечение надежности резцов, оснащенных керамикой на основе повышения динамических характеристик резания и применения наноструктурирован-ных многослойных покрытий : дис. ... канд. техн. наук. М. : ФГБОУ ВПО «СТАНКИН», 2015. 174 с.
8 Гениатулин А. М. Анализ состояния и перспектив развития режущей керамики // Вестник Курганского госуниверситета. Серия «Технические науки». 2011. Вып. 6. С. 56-58.
УДК 621.7.043
А.И. Сергеев, А.И. Сердюк Оренбургский государственный университет
А.В. Щеголев, М.В. Иванюк, А.В. Кузьмин АО «Механический завод», Орск
влияние скорости движения пуансона на толщину стенки при изготовлении баллонов высокого давления
Аннотация. Описан вычислительный эксперимент для определения влияния скорости движения пуансона на толщину стенки при изготовлении баллонов высокого давления. Приведена схема определения толщины стенки баллона на основе результатов компьютерного моделирования. Выполнена оценка влияния скорости перемещения пуансона на толщину стенки баллона в различных сечениях.
Ключевые слова: глубокая вытяжка, скорость движения пунсона, баллон высокого давления, толщина стенки баллона.
A.I. Sergeev, A.I. Serdjuk Orenburg State University A.V. Schegolev, JM.V. Ivanyuk A.V. Kuzmin JSC «Mechanical Plant», Orsk
THE INFLUENCE OF PLUNGER'S ACTION SPEED TO THE WALL THICKNESS IN HIGH-PRESSURE TANK MAKING
Annotation. The article describes a computational experiment of determination of the influence of plunger's action speed to the making. We present the scheme of determination of high-pressure tank wall thickness based on computer modeling. We made the evaluation of the influence of plunger's traversing speed on the high-pressure tank wall thickness in different sections.
Keywords: deep drawing, plunger speed, high-pressure tank, high-pressure tank wall thickness.
При производстве цельноштампованных изделий, которыми являются стальные баллоны для хранения и транспортировки газов и других продуктов, широкое распространение получил способ изготовления методом глубокой вытяжки с утонением. Вытяжка - это процесс превращения плоской или полой заготовки в открытую с одной стороны полую деталь замкнутого контура.
По сравнению с обычной вытяжкой без принудительного утонения стенок вытяжка с утонением стенок имеет следующие преимущества:
- не требует применения сложных штампов;
- производится на прессах простого действия, в то время как обыкновенная вытяжка глубоких полых деталей без принудительного утонения стенок ведется обычно на прессах двойного действия;
- при правильно выбранной степени деформации число вытяжных операций для изготовления полых деталей меньше;
- качество металла в результате вытяжки с утонением улучшается за счет того, что при нескольких вытяжках с утонением, чередующихся с отжигом, структура металла делается более мелкозернистой (исключение составляет зона дна, где наблюдается рост зерна).
Одной из проблем при выполнении вытяжных операций является автоматизация технической подготовки производства, включающая проектирование вытяжного инструмента и разработку технологических режимов по известным методикам с применением уточняющих коэффициентов. Однако зачастую разработанная документация требует глубокой доработки после выполнения серии опытных испытаний, что приводит к увеличению сроков запуска в производство нового изделия и к затратам предприятия на изготовление пробных образцов вытяжного инструмента. Для решения данной проблемы используется компьютерное моделирование. Так, в работе [1] при помощи компьютерного моделирования в программе DEFORM 2D/3D выявлены наиболее нагруженные поверхности пуансона, напряжения на которых подтверждены экспериментально.
В представленной работе описан вычислительный эксперимент в программе DEFORM 3D для определения влияния скорости движения пуансона на толщину стенки при изготовлении баллонов высокого давления объемом 4,3 литра.
Для м одел и ро ва н ия о п е ра ции све ртки в пре-
61
процессор программы импортированы геометрические модели пуансона, матрицы и прижима. Так как толщина заготовки небольшая, то свертка без прижима приводит к возникновению дефекта типа «гофра». Использование прижима позволяет за одну операцию выполнить свертку кружка в заготовку типа «стакан». Схема расположения инструмента и заготовки представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Схема расположения инструмента и заготовки для операции свертки
Предложенная системой по умолчанию конечно-элементная сетка из 32000 элементов для повышения точности расчетов была заменена на сетку из 60000 элементов. Это позволило получить элементы, минимальная длина ребра которых составила порядка 5 мм, а максимальная - около 10 мм. После позиционирования объектов заданы их взаимосвязи, определяющие взаимодействие объектов между собой. Если взаимосвязи не заданы или заданы неверно, то система может, например, проигнорировать наличие прижима. При указании пар взаимодействующих объектов были выбраны: Пуансон - Заготовка, коэффициент трения по Зибелю 0,12; Матрица - Заготовка, коэффициент трения 0,06; Прижим - Заготовка, коэффициент трения 0,06. Различные коэффициенты трения объясняются тем, что в производстве для снижения трения применяется фосфатирование особо нагруженных поверхностей с последующим нанесением мыльной эмульсии. При выборе коэффициентов трения использованы результаты экспериментов, представленные в работе [2].
В качестве заготовки использован кружок из стали 3 толщиной 5,5 мм. Установленные значения механических свойств [3] были занесены в DEFORM 3D при помощи табличного способа. Так как процесс выдавливания происходит без нагрева, то механические свойства заданы для одной температуры, равной 20 0С.
Для определения скорости движения пуансона, при которой достигаются наиболее адекватные результаты моделирования, проведена серия экспериментов из 20 циклов. Шаг изменения скорости варьировался в зависимости от величины, малые значения скорости исследовались на пред-
мет оценки адекватности работы программы, при более высоких скоростях исследовалось влияние значения скорости на процесс моделирования.
После каждого цикла моделирования оценивалась форма полученной заготовки по следующим критериям: а) толщина стенки в пяти горизонтальных сечениях, мм; б) толщина стенки в четырех вертикальных сечениях, мм; в) толщина дна, мм; г) толщина боковой стенки на расстоянии 150 мм от основания (требование проектной документации), мм.
Измерение толщины стенки в горизонтальных сечениях необходимо для оценки величины утонения (рисунок 2).
Так как геометрия заготовки получена из конечно-элементной модели, то в различных точках поверхности толщина стенки будет различаться. Поэтому предложено осуществлять замеры в вертикальных сечениях по плоскостям 00, 450, 900, 1350. Схема расположения сечений для оценки толщины стенки заготовки приведена на рисунке 3.
Рисунок 2 - Замеры в горизонтальных сечениях
Рисунок 3 - Схема расположения сечений
Помимо оценки толщины стенки баллона для каждого цикла моделирования фиксировались максимальные значения показателя разрушения; эффективной степени деформации, мм/мм; действительной скорости деформации, (мм/мм)/с; действительных напряжений, МПа; максимального действительного напряжения, МПа; полной скорости течения металла, мм/с. Экранные формы с результатами представлены на рисунке 4, каждое отдельное изображение соответствует шагу моделирования, при котором достигнуто максимальное значение показателя.
Рисунок 4 - Экранные формы с результатами моделирования
После проведения экспериментов усредненные результаты были сведены в электронные таблицы для построения зависимостей. На рисунке 5 представлен график, демонстрирующий зависимость средней толщины стенки полученной заготовки от скорости движения пуансона. Из графика видно, что средняя толщина уже после 1 мм/с не опускается ниже 5 мм.
Средняя толщина стенки, мм
0,1 0.5 1 ÍÁ ..-3 W?Oi04050B70W90 1W 1W ÍW 300 3»
Рисунок 5 - Зависимость средней толщины стенки от скорости движения пуансона
Однако по графику изменения разнотолщин-ности (рисунок 6) видно, что скорость движения пуансона оказывает более существенное влияние, чем может показаться на первый взгляд.
Раэнототцинность, мм
J.S
о
0,1 >15 i J,s S 10 ИЗ 30 40 50 БО 70 И> 90 100 ISO 2СО 250 300 350
Рисунок 6 - Зависимость разнотолщинности от скорости движения пуансона
Из графика следует, что с увеличением скорости толщина стенки становится более равномерной, что также подтверждается результатами исследований, представленными в работе [4].
Максимальная и минимальная толщина стенки изменяются в соответствии с зависимостями, представленными на рисунке 7.
Минимальная и макисмальная толщина, мм
о
0,1 D.5 | ад 5' Ю Д) 30 40 И но 70 SO 90 100 150 200 350 100 350
Рисунок 7 - Изменение максимальной и минимальной толщины стенки
Если проанализировать зависимость толщины дна заготовки (рисунок 8), то можно отметить, что после 150 мм/с средняя толщина дна уменьшается с 5,3 мм до 4,7 мм на 0,6 мм.
Толщина днз, мм
0,1 0,^1 1 : -> 10 20 SO 40 50 60 ?0 ВО 90 100 1» 2« 250 300 »0
Рисунок 8 - Средняя толщина дна заготовки после операции свертки
По технологическому процессу обязательному контролю подвергается размер толщины стенки заготовки после свертки на высоте 150 мм от основания, который должен составлять 5,5_06 мм. При получении средней толщины стенки в горизонтальных сечениях одно из них выполнялось на данной высоте - «Сечение 2» (на рисунке 2 размер, равный 5,51 мм). График изменения толщины стенки по сечениям приведен на рисунке 9. Результаты по сечению 2 выделены более широкой линией, по ним видно, что толщина на контролируемой высоте находится в пределах допуска на большинстве скоростей движения пуансона. Это объясняется тем, что основное утонение происходит в момент вытягивания заготовок из-под прижима на начальных шагах операции и находится около радиуса скругления, задающего геометрию донной части. Этой области соответствует сечение 4, результаты замеров в котором (рисунок 9) подтверждают высказанное ранее предположение.
Толщина по сечениям, мм
' ' '—-—' -ifrtiHHel
^MjMHni 2 =150 мм
3,S ■'/ —*—Сеч*мигЗ
3 —*—
J'5 ---Сччечие5
2
0,1 0.5 1 2,5 5 30 20 30 40 50 50 70 SO 90 100 150 200 250 300 350
Рисунок 9 - Замеры толщины стенки по сечениям
В работе [4] приводятся примерные значения скоростей вытяжки для различных материалов, для стали автор рекомендует значение 300 мм/с, но по результатам вычислительных экспериментов видно, что на данной скорости толщина дна заготовки составляет 5 мм. Таким образом, проанализировав результаты проведенных вычислительных экспериментов, предложено использовать скорость пуансона равную 150 мм/с. Анализ результатов моделирования, пример которых представлен на рисунке 3, также подтверждает правильность предложенного решения. Таким образом, с одной стороны, применение компьютерного моделирования позволяет автоматизировать этап доработки результатов расчета параметров технологического процесса глубокой вытяжки, что позволит сократить время на запуск в производство новой продукции, с другой - моделирование является инструментом оценки адекватности работы автоматизированных систем проектирования инструментов и заготовок для операций глубокой вытяжки [5].
Список литературы
1 Дмитриев А. М., Коробова Н. В., Толмачев Н. С. Экспериментальная проверка результатов компьютерного моделирования напряжений на элементе деформирующего инструмента //Вестник МГТУ Станкин. 2014. № 2 (29). С. 44-49.
2. Крагельский И. В., Виноградова И. Э. Коэффициенты трения : справочное пособие. М. : Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1962. 220 с.
3 Лысов В. А., Сердюк А. И., Шевченко О. В. и др. Графоаналитическое моделирование динамики механических свойств металлов в технологических процессах изготовления глубокой вытяжкой // Информационные технологии в проектировании и производстве. 2012. № 4. С. 46-53.
4 Романовский В. П. Справочник по холодной штамповке, 6-е изд. Л. : Машиностроение, 1979. 520 с.
5 Щеголев А. В., Овечкин М. В. Автоматизация расчетов кружка для операции глубокой вытяжки // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 6. URL. www.science-education.ru/120-15632 (дата обращения : 09.02.2015).
УДК 669.018.29.004.14(075.8)
Н.З. Султанов, В.С. Уханов, А.В. Уханов Оренбургский государственный университет
анализ методов и технологических процессов обеспечения надёжности изделий авиационной техники
Аннотация. Статья посвящена актуальной на сегодняшний день проблеме - обеспечению надежности изделий авиационной техники. Рассмотрены причины, вызывающие отказы объектов, и методы обеспечения условных форм надежности: функциональной, параметрической, прочностной. Показано, что контроль качества -важнейшее средство обеспечения надежности. Значения показателей надежности формируются на основе оптимизации параметров, определяющих свойства изделия применительно к условиям эксплуатации.
Ключевые слова: система, отказ, разрушение, усталость, изделие, состояние, ресурс, испытание, надежность.
N.Z. Sultanov, V.S. Ukhanov, A.V. Ukhanov Orenburg State University, Orenburg, Russia
ANALYSIS OF METHODS AND TECHNOLOGICAL PROCESSES OF RELIABILITY OF AvIATION TECHNOLOGY PRODUCTS
Annotation. The article is devoted to the actual problem of ensuring reliability of aviation equipment products. The reasons causing rejections of objects and methods of maintenance of conditional forms of reliability: functional, parametric, structural ones are considered. It is shown that quality control is the most important means of ensuring reliability. The values of reliability indicators are formed on the basis of optimizing the parameters determining the properties of the product in relation to operating conditions.
Keywords: system, rejection, destruction, fatigue, product, condition, resource, test, reliability.
Надёжность является одной из важнейших характеристик, учитываемых на этапах разработки, проектирования и эксплуатации технических систем. Обеспечение надёжности систем охватывает разные аспекты человеческой деятельности. С развитием и усложнением техники углубилась и развилась проблема её надёжности. Изучение причин, вызывающих отказы объектов, определение закономерностей, которым они подчиняются, разработка метода проверки надёжности изделий и способов контроля надёжности, методов расчётов и испытаний, изыскание путей и средств повышения надёжности являются предметом исследований.
Обеспечение надежности изделий в производстве требует комплексного подхода к изучению и разработке технологических процессов и выбора управляющих воздействий. Этот комплексный подход предусматривается системой технологической подготовки производства. Она регламентируется стандартами ЕСТПП (Единой системой технологической подготовки производства). В технологическую систему входят оборудование и оснастка, заготовки, готовая деталь и изделие, средства контроля или испытаний, оператор и контролер, конструкторская и технологическая документация и т.д. Так же, как и надежность изделия, надежность технологической системы характеризуется безотказностью, долговечностью и ремонтопригодностью [1].
Технологические методы обеспечения надежности изделия определяются прежде всего надежностью самой технологической системы. При этом чем сложнее изделие, тем сложнее система и тем труднее обеспечить ее надежность. Авиационный двигатель относится к категории сложных изделий, чем и определяется особенность технологической системы. Технологические методы обеспечения надежности двигателей имеют целью достижение показателей и параметров, заданных конструкторами при проектировании деталей, узлов и двигателя в сборе. Опыт совершенствования технологических процессов производства и ремонта двигателей выявил ряд решений, реализация которых позволяет поднять надежность ряда узлов и деталей.
Существует два метода обеспечения надёжности:
1 Метод физического обеспечения.
2 Метод схемного обеспечения.
Метод физического обеспечения надежности базируется на изучении физических явлений и причин отказов в зависимости от нагрузок механических и физико-химических свойств материала деталей и от изменения этих параметров во времени. Сущность метода заключается в том, что все элементы изучаемого объекта составляют ед и н у ю фу н кц и о н а л ь н ую последов ател ь н о сть,
65
