CC BY
18
УДК 621.941.1.011 - 187.3
Г. А. НЕСТЕРЕНКО А. П. БОЛШТЯНСКИЙ
Омский государственный технический университет
ВОЗМОЖНОСТЬ ОЦЕНКИ ОСЕВОГО СМЕЩЕНИЯ ПОЛОТНА ДИСКА ОСЕВОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО НАСОСА
ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ
В работе рассмотрен способ прогнозирования осевого смещения полотна нежесткого диска в процессе его обработки за счет моделирования реальных условий. Кроме возможности прогнозирования, данный способ позволяет проводить неразрушающий контроль дисков на склонность к короблению не только при его обработке, но и в ходе эксплуатации. Применение представленного способа позволяет снизить количество технологических потерь при производстве нежестких дорогостоящих дисков осевых насосов. Ключевые слова: коробление, нежесткий диск, точность, дефект, рабочее колесо, насос.
При производстве тонкостенных диско» осевых насосов диаметром 500 — 1000 мм, имеющих обод и ступицу, из нержавеющих материалов характерным и трудноустранимым дефектом является потеря точности в результате коробления деталей. Коробление проявляется в осевом смещении полотна диска относительно его обода или ступицы, в результате чего полотно принимает куполообразную форму со стрелой прогиба, превышающей иногда заданную погрешность изготовления в 2 —5 раз. Заготовки дисков, полученные штамповкой в температурном интервале обработки давлением с охлаждением на воздухе, проходят ряд технологических операций, включая токарную обработку по удалению припуска с обода, полотна и ступицы. Коробление деталей происходит при снятии припуска с обеих сторон полотна при точении на токарных и карусельных станках. Коробление приводит к потерям дорогостоящих деталей, кроме того, указанный дефект затрудняет применение заготовок дисков с уменьшенными припусками на механическую обработку, а также автоматизацию процесса обработки.
Проведенными исследованиями установлены причины возникновения коробления, а также виды их возмож Iюга проявления:
1. Остаточное осевое смещение полотна диска относительно обода или ступицы, приводящее к потере геометрической точности детали. Такое явление возникает в результате действия остаточных технологических напряжений, превышающих критические значения, в поверхностном слое полотна диска, а также в ободе и ступице диска 11). Указанные напряжения были разделены на два вида в соответствии с механизмом их возникновения.
1.1. Сжимающие наследственные осгаточныетехнологические напряжения, сформированные на этапе изготовления заготовки и действующие на полотно диска в радиальном направлении со стороны обода.
1.2. Вносимые остаточные технологические напряжения, внесенные в поверхност ный слой заготовки в процессе механической обработки.
2. Обратимое смещение полотна диска в процессе обработки относительно обода или ступицы, приводящее к потере геометрической точности детали, а также к потере размерной точности детали. Указанное проявление возникает из-за совместного действия сил в технологической системе, ост аточных технологических напряжений, величина которых не превосходит критические значения, и технологических условий обработки |2|.
При исследовании возможности прогнозирования возникновения погрешности обработки, возникающей в результате осевого смещения полотна диска относительно обода под действием сил в технологической системе и остаточных технологических напряжений, как наследственных, так и вносимых, был разработан метод оценки величины осевого смещения полотна диска относительно обода основанный на положениях теории упругости. Для практической реализации указанного метода был создан стенд позволяющий производить оценку возможного коробления полотна диска в процессе обработки
На рис. 1 представлена принципиальная схема установки для измерения положения полотна диска относительно обода в процессе механической обработки. Суть представленного метода заключается в нагружении исследуемого диска сосредоточенной силой Р(), в осевом направлении. Указанная сила моделирует воздействие осевой составляющей силы резания в процессе обрабо тки. Кроме осевой составляющей силы резания на величину осевого смещения полотна диска в процессе обработки оказывают существенное влияние силы в технологической системе и остаточные технологические напряжения, действующие в радиальном направлении. Влияние перечисленных сил и напряжений моделируется специальными
Рнс. 1. Установка для оценки влинння сил н технологической системе и технологических остаточных напряжений ил величину прогиба полотна диска при механической обработке: I - исследуемый диск; 2 - механизм нагруження силами в осевом направлении; 3 - механизм нагруження силами в радиальном направлении; 4 - датчик осевых перемещений; а - диск до нагруження; б - диск после нагруження
устройствами. Точность измерения осевого смещения полотна определяется характеристиками точности датчика осевых перемещений. Исследования, проводимые при помощи указанного стенда, позволяют определить допускаемые значения сил и напряжений, действующих в радиальном направлении, и допускаемую величину осевой составляющей силы резания, при которых величина осевого смещения полотна диска относительно обода не будет превышать допустимые значения, а следовательно, будет обеспечиваться точность механической обработки.
Таким образом, возможность прогнозирования и устранения перечисленных выше видов дефектов является основной задачей при проектировании технологических процессов изготовления нежестких дисков и подобных им изделий. Наиболее эффективным и значимым является прогнозирование погрешностей обработки при технологической подготовке производства и на этапах освоения производства новых изделий.
В результате проведенных исследований и расчетов были выявлены необходимые условия, позволяющие снизить или устранит!, возникновение остаточ-
ного осевого смещения полотна диска |3, 4|. Кроме того, найдены возможные сочетания остаточных технологических напряжений с силами в технологической системе и алгоритм выявления необходимых технологических условий, позволяющих производить размерную обрабо тку нежестких деталей с торцевыми поверхностями вращения в пределах требуемой точности.
Применение представленного способа позволяет снизить количество технологических по терь при производстве нежестких крупногабаритных дисков осевых насосов, используемых в процессе водоснабжения крупных городов с численностью населения более 500000 человек, а также магистральных нефтепроводов страны.
Библиографический список
1. Вивденко IO.II. Установка для исследования влияния технологических остаточных напряжений на коробление дисков в процессе их размерной обработки // Вестник машиностроения. - 1989. - N«8. - С. 40-44
2. Нестеренко Г.А. Оценка точности изготовления тонкостенных дисков ГТДс учетом сил в технологической системе // Механика процессов и машин : сб. науч. тр. - Омск : ОмГГУ, 2000. - С. 74 - 78.
3. Нестеренко Г.А. Влияние технологических наследственных напряжений и сил резании на погрешность обработки нежестких дисков ГГД// Прикладные задачи механики : сб. науч. тр. - Омск: ОмГТУ, 1999 - С. 152 - 155.
4. Нестеренко Г. А. Диагностика и возможности прогнозирования осевого смещения полотна нежесткого диска прн его механической обработке // Межвуз. сб. тр. молодых ученых, аспирантов и студентов. - Вып. I. - Ч. I. Омск: СибАДИ. 2004 -С. 256 - 258.
НЕСТЕРЕНКО Григорий Анатольевич, кандидат тех-нических наук, доцент кафедры «Технология машиностроения».
БОЛШТЯНСКИЙ Александр Павлович, доктор технических наук, профессор кафедры «Гидромеханика и транспортные машины».
Статья поступила в редакцию 26.12.08г. © Г. А Нестеренко, А.П. Болштянекнй
Книжная полка
Дунаев, П. Ф. Детали машин. Курсовое проектирование [Текст): учеб. пособие для учреждений сред. проф. образования по машиностроит. специальностям / П. Ф. Дунаев, О. П. Леликов. - 5-е изд., доп. - М.: Машиностроение, 2007. - 559, [1] с.: рис., табл. - Бпблиогр.: с. 522-523. - Предм. указ.: с. 549-554. - ISBN 5-217-03253-7.
Изложена методика расчета и конструирования узлов и деталей машин общепромышленного применения. Приведены методические указания по выполнению чертежей типовых деталей машин, правила оформления учебной конструкторской документации.
В пятом издании приведены изменения, внесенные в ГОСТ2.309-73 на обозначения шероховатостей поверхностей и правил их нанесения на чертеж, а также выдержки из вновь вводимых стандартов на общие допуски размеров (ГОСТ 30893.1 -2002) и общие допуски формы и расположения поверхностей (ГОСТ 30893.2-2002).
