автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Технологическое обеспечение точности механической обработки тонкостенных деталей авиационных двигателей

00

На правах рукописи

('/с

Денисова Екатерина Юлоновна

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТОНКОСТЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

! и

Омск-2012 г.

005016974

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Омский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Моргунов Анатолий Павлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Сердюк Виталий Степанович

кандидат технических наук Стрек Ярослав Михайлович

Ведущая организация:

ОАО «Омский научно-исследовательский институт двигателестроения»

Защита состоится «31» мая 2012 г. в 16— часов на заседании диссертационного совета Д.212.178.05 при ГОУ ВПО «Омский государственный технический университет» по адресу: 644050, г. 0мск-50, проспект Мира, 11, ауд. 6-340, тел./факс: (3812) 65-64-92, e-mail: dissov_omgtu@omgtu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного технического университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью составителя, заверенные гербовой печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета.

Автореферат разослан «27» апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

B.C. Калекин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность I ечы. Тонкостенные детали находят широкое применение при проектировании авиационных двигателей и их агрегатов. Это объясняется специфическими характеристиками, которыми должны обладать узлы и агрегаты авиадвигателя. К их качеству предъявляются более жёсткие требования по сравнению с требованиями в других машиностроительных отраслях. При этом помимо обеспечения заданных эксплуатационных характеристик элементы двигателя должны отвечать требованиям надёжности, долговечности, безопасности и т.д.

В таких условиях в авиационном моторостроении наиболее актуальными являются проблемы, связанные с обеспечением заданных параметров точности при изготовлении деталей двигателя. Решение данного круга вопросов требует комплексного подхода, поскольку на качество изготавливаемых деталей влияет огромное количество самых различных факторов. Эти факторы могут иметь разную природу, также различна и степень их влияния на точность размерно» обработки деталей.

Одними из характерных представителей тонкостенных деталей в авиамоторостроении являются кольцевые детали. Соотношение диаметра и толщины стенки такой детали может составлять 500:1. Очевидно, чго обеспечить жесткость технологической системы при обработке такой заготовки очень сложно. Для этого необходимо выдержать ряд требований: геометрическая точность станка и его элементов, жёсткая фиксация заготовки в станочном приспособлении, хорошее качество режущего инструмента, высокая квалификация рабочего и/или наладчика и т.д.

Достичь одинаково высокого уровня всех факторов обработки в реальных производственных условиях практически невозможно. Кроме того, рассматриваемые детали, как правило, изготавливаются из труднообрабатываемых сплавов. Соответственно, в зоне резания возникают температурные деформации, ускоряется размерный износ режущего инструмента.

Таким образом, исследования в данной области направлены, в первую очередь, на выявление наиболее значимых факторов, влияющих на точность обработки, и разработку методов технологического воздействия, которые будут способствовать минимизации возникающих погрешностей.

В ходе выполнения данной работы был проведен анализ имеющихся в литературе данных, относящихся к достижению заданных параметров точности механической обработки нежестких деталей. Анализ разработанных методов и средств достижения заданной точности при обработке деталей привел к выводу о том, что недостаточно исследован характер возникновения деформаций при обработке ступенчатых кольцевых деталей. В литературе приведено недостаточно сведений; позволяющих в полной мере учесть воздействие основных технологических факторов на

достижение заданной точности обработки этих деталей. Отсюда следует актуальность выбранного направления исследования.

Цель работы заключается в разработке новых технологических решений для достижения заданных параметров точности при механической обработке тонкостенных деталей авиационных двигателей типа ступенчатых колец.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Исследование технологических факторов, влияющих на точность обработки тонкостенной заготовки, и выявление основных погрешностей обработки.

2. Вывод аналитических зависимостей, характеризующих влияние нападки нежесткой технологической системы на обеспечение требуемой точности.

3. Исследование напряженно-деформированного состояния кольцевой заготовки под влиянием усилий резания,

4. Моделирование проиесса деформации тонкостенного ступенчатого кольца в процессе обработки.

5. Разработка конструкции приспособления, способствующей минимизации погрешностей от упругих деформаций технологической системы на разных стадиях технологического процесса.

6. Разработка методики контроля точности наладки технологической системы с применением ультразвуковой дефектоскопии.

7. Выполнение экспериментальных исследований и обработка их результатов.

8. Разработка практических рекомендаций по повышению точности формы и размеров обрабатываемых тонкостенных заготовок типа колец.

Научная новизна:

}.На основе анализа имеющихся в литературе данных получены способы расчета, описывающие влияние погрешностей, возникающих на разных стадиях реализации технологического процесса, на точность выполняемого размера и формы обработанной поверхности.

2. Разработана методика неразрушающего контроля фактической площади контакта опорных -элементов приспособления и посадочной поверхности обрабатываемой заготовки с применением ультразвуковой дефектоскопии.

3. Разработана методология проектирования технологической оснастки, обеспечивающей требуемую точность тонкостенного кольца большого диаметра.

На защиту выносятся следующие положения;

1. Методика диагностики возникновения погрешностей при закреплении тонкостенного кольца переменного сечения в станочном приспособлении с применением ультразвуковой дефектоскопии.

2. Метод расчета величины допустимой погрешности формы тонкостенного ступенчатого кольца.

3. Вывод зависимости угла поворота и осевого перемещения кольца от усилий, воздействующих на технологическую систему.

4. Конструкция приспособления - планшайбы с шестью опорными секторами, обеспечивающей точность формы и выполняемых размеров обрабатываемой заготовки.

Практическая значимость полученных результатов:

1. Разработанная конструкция приспособления может быть применена в производстве для минимизации погрешностей от сил закрепления при обработке тонкостенных кольцевых деталей переменного сечения.

2. Разработанный метод расчета наибольшей допустимой погрешности формы из условия допустимого утонения кольца может быть использован при проектировании технологических процессов механической обработки тонкостенных колец с целью учета погрешностей, вызванных отклонениями формы исходной заготовки.

3. С применением имеющеюся на большинстве моторостроительных предприятий оборудования для ультразвуковой дефектоскопии возможно внедрение в производство разработанной методики неразрушаюшего контроля точности сопряжения заготовки и приспособления.

Достоверность результатов:

Все результаты, представленные в диссертационной работе, получены с применением современного технологического оборудования, оснащенного необходимыми средствами измерения параметров точности. Полученные результаты соответствуют современным представлениям о методах обеспечения точности тонкостенных деталей авиационных двигателей.

Личный вклад шпора состоит в постановке задач, проведении теоретических и экспериментальных исследований, обработке и сопоставлении полученных результатов с литературными данными, формулировании выводов.

Объект и методы исследования:

Технологический процесс изготовления тонкостенного кольца переменного сечения.

С целью определения величины деформации обрабатываемой заготовки в процессе резания разработан метод обеспечения минимизации деформаций под действием сил резания.

Разработан метод неразрушаюшего контроля, основанный на ультразвуковой дефектоскопии, позволяющий оценить сплошность контакта сопрягаемых поверхностей приспособления и заготовки.

Апробация работы:

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на I международной научно-практической конференции "Достижения и перспективы естественных и технических наук" (г.

Ставрополь, 2012 г.), [II Международной научно-практической конференции «Теоретические н практнчесюге аспекты развития современной науки», на расширенном заседании кафедры «Технология машиностроения» ГОУ ВПО «Омский государственный технический университет»; на семинаре кафедр ОмГТУ «Металлорежущие станки и инструменты» и «Технология машиностроения».

Публикации:

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 3 работы в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования материалов диссертаций.

ОГп.ем и структура диссертации:

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных литературных источников (105 наименований). Объем работы 125 страниц, в том числе 35 рисунков и 2 таблицы, приложение на 7 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследуемой проблемы в связи с современным состоянием вопросов технологического обеспечения точности обработки тонкостенных детален в авиационном моторостроении.

В первой главе приведены результаты анализа состояния проблемы технологического обеспечения точности обработки нежестких деталей. Рассмотрены основные публикации, посвященные технологическому обеспечению точности обработки деталей - тел вращения. Приведены результаты анализа основных технологических проблем достижения заданных параметров точности при изготовлении тонкостенных деталей авиационных двигателей.

Анализ имеющихся в литературе данных показал, что разработанные различными исследователями методы достижения требуемой точности нежестких деталей имеют ограниченное применение в реальных производственных условиях. Кроме того, недостаточно изучены особенности механической обработки тонкостенных ступенчатых деталей типа колец. В литературе приводится недостаточное количество сведений, которые можно применить для обоснования выбора тех или иных средств технологической подготовки производства таких деталей.

Проблемы обеспечения требуемой точности формы и размеров обрабатываемых поверхностей при реализации технологического процесса находили отражение в работах основоположников технологии машиностроения - А.П.Соколовского, В.СКорсакова, Б.С.Балакшина, В.М.Кована, A.M. Дальекого и других исследователей. Ими были впервые поставлены основные задачи технологического обеспечения точности

обработки деталей и технологического наследования признаков, характеризующих точное1ь выполняемых размеров.

Следует отметить значимость исследований жесткоеш технологической системы и характера упругих деформации системы под действием приложенных к ней сил. В этой области основополагающими являются труды Л.П.Соколовского и Н.Л.Бородачева.

Также рассмотрены различные методики определения суммарной погрешности обработки (статистический, расчетно-аналитическпй метод|,I и др.), дана оценка возможности их применения на современных машиноетроителыIих предприятнях.

В результате аналитического обзора состояния вопроса определено направление исследования, сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Во второй главе выполнено теоретическое обоснование выполняемого исследования.

Описано явление технологической наследственности и особенности наследования свойств заготовки при реализации технологического процесса обработки деталей типа тонкостенных колец.

До определенного этапа развития технологии машиностроения полагалось, что свойства детален обеспечиваются лишь на финишных операциях технологического процесса. Однако было выявлено, что недостоверная оценка погрешностей на всех стадиях реализации технологического процесса приводит к дополнительным сложностям по выдерживанию точностных параметров окончательно обработанной детали даже при строгом соблюдении всех прочих требований.

Отсюда следует вывод о том, что целесообразно рассматривать всю совокупность операций, т.к. свойства детали создаются на протяжении всего технологического процесса обработки. При этом проявляется взаимосвязь и взаимозависимость параметров, создаваемых на предшествующих и послсдующ! 1 х операциях.

Исследовано влияние точности станочных приспособлений на конечный результат обработки. В производстве детален авиационных двигателей роль станочных приспособлений очень велика. Их главная задача - в имеющихся производственных условиях обеспечить заложенные в конструкции детали требования к точности размеров, формы и взаимного расположения поверхностей обрабатываемой детали.

При проектировании специальных станочных приспособлений для обработки тонкостенных деталей авиационных двигателей необходимо учесть недостаточную жесткость обрабатываемой заготовки. Приспособление в этом случае должно обеспечивать не только точность выполняемого размера и качественные параметры обрабатываемых поверхностей, но и исключать возникновение недопустимых деформаций заготовки под действием усилий закрепления и усилии резания. Сложность заключается в том, что с одной стороны, приспособление должно жёсгко

базировать заготовку, чтобы предотвратить возможные смещения от воздействия приложенных сил. с другой - не вызывать искажения формы после открепления обработанной детали со станка.

Далее рассмотрены различные схемы закрепления деталей и соответствующие методы расчета.

При закреплении кольца в трехкулачковом патроне, кольцо рассматривается под действием трех радиальных сил Р, приложенных под углом 120" (рис. 1).

1Р

Рис. 1. Расчетная схема при закреплении колыша в трехкулачковом патроне

Можно установить, что поперечная сила Q„ в сечении О-О из условий симметрии равна нулю, а в сечении 1-1 она определится как:

a=f (о

Проецируя силу О/ п нормальную силу N¡ на сечение О-О, получим:

Ocos— + N, sin — = 0 РЧ

3 3 " '

Отсюда Nj—0,289P. Аналогично находим, что No=-0,577P.

Величина изгибающего момента М„, действующего в сечсшш О-О.

статически неопределима, поэтому для ее решения используется теорема

Кастильяно. Сечение О-О при изгибе не поворачивается, поэтому

перемещение от момента М,, равно нулю, следовательно

(¡и

где и - потенциальная энергия деформации изгиба шестой части кольца от сечения О-О до точки приложения силы Р.

Для сечения т-т, составляющего угол <р с сечением О-О изгибающий момент получим равным:

М = Мв + 0.577/7?(1 -cosf>), (4)

где R - средний радиус кольца.

Далее, применяя методы теории упругости, находим перемещение в сечении 1-1:

/>/?'

(у=0,016-~ (5)

El

Перемещение в сечении О-О (при ^0) определится как:

= -0,014— (6)

0 El

Знак минус означает, что в данном сечении имеет место выпучивание кольца.

Для снижения величины упругих деформаций кольца патрон оснащается устройством для контроля перемещений. При этом производится одновременное измерение перемещений в сечениях О-О и 1-1, с помощью которого получаем соотношение величин <>/ и S,,.

Схема нагруженпя кольца при закреплении в четырехкулачковом патроне показана на рис. 2.

Рис. 2. Схема нагруженпя кольца при закреплении в четырехкулачковом

патроне

По аналогии с предыдущим случаем можно определить поперечные и нормальные силы в сечениях О-О и 1-1: Q„ = 0 ,V(, = -0,707/>

О. ''

о 1 2

Применяя аналогичные методы иреооразованни, получаем при <р - — (т.е. в месте приложения силы Р) перемещение:

,), = 0,00<

Перемещение в сечении О-О при <р—0

PR'

S. = 0,006----------------(7)

El

<>„ = -0,05-

El

(8)

При обработке тонкостенных деталей типа гилы чаще всего применяются оправки. При обработке гильзы основными установочными базами являются наружные и внутренние цилиндрические поверхности, а также торцевые поверхности. На рис. 3 показана типовая конструкция приспособления для токарной обработки гильзы.

ire ■Г.*О J J *

: ■ 6 4

.........• \ V / ' \

11 7 I

Л *

Рис. 3. Конструкция приспособления для обработки гильз

В литературных источниках приводятся данные, характеризующие технические требования к приспособлению для обработки гильз:

- радиальное биение поверхностей В и В относительно поверхности Д не более 0,02 мм;

- торцовое биение поверхности Г относительно оси поверхности Д не более 0,05 мм;

- отклонение от соосности поверхностей Е и Ж не более 0,06 мм.

Рис. 4. Схема для расчета перемещений в прямоугольной системе координат

Проведено исследование напряженно-деформированного состояния тонкостенного кольца при его обработке с применением методики расчета полей перемещений в прямоугольной системе координат для определения деформаций.

Некоторые допущения делают возможным определение ноля перемещений в прямоугольной системе координат в линейной постановке (рис. 4).

Система уравнений, описывающая процесс перемещения с учетом принятых допущений имеет вид:

Л/(.т,у.г.г) <^и(дг,у,г,г) , Г'~ц(х.у.-,г) ^ д~и(х.у.:,т) ^

ЙГ О" &"

где и перемещение по осям координат.

Для того чтобы заменить дифференциальное уравнение (9) уравнением в конечных разностях, построим пространственную прямоугольную сетку рядом плоскостей, параллельных координатным плоскостям с расстоянием между ними . 1л, Лу, .:1л соответственно (рнс. 4).

Точки сетки пронумеруем в направлении оси .г: 0,1,2,3...,1-1, /', /'+/, ...; в

направлении оси у: 0,1,2,3.....п-1, п, п+1. ...; в направлении оси г: 0,1,2,3,...,

П1-1, т, т+1, .... Шаги интегрирования по соответствующим координатным осям принимаем Лх, Ау, А:,

Внутри данной области выделим пространственную сетку, ее узловые точки обозначим: о,а,б,в,г,д,с. Перемещения в этих точках в момент тк: " перемещение в точке о е координатами (х„ у,„ :п): -1.п,т.к - перемещение в точке а с координатами (х,.,, у,„ :„); и г. /.„.,„.* - перемещение в точке б с координатами (х-,ч, у„, :т): "и-г.-г.л - перемещение в точке в с координатами (х„ у„_л :,п); Чи,-!.т.к - перемещение в точке г с координатами (х„ ^ iU.it.m-i,к ' перемещение в точке д с координатами (х„ уп, :„.!); ¡'¡.„.„¡ •¡.к перемещение в точке е с координатами (х,. у„, 2т , {); Обозначим перемещение в сетке О в момент ,=т;.+Лгчерез иипк-Искомая функция перемещения и(х.ул.к) в любой точке поверхности может быть представлена формулой Тейлора для функции четырех независимых неременных:

",..„„,.............+ + + Аг + ^ЛгК,,^ +

1! дх сН' о1- иг

1 с д д А + —(—Д\Г 4 —¿\v-i- —АгГ1( , . -»-£',

(10)

Так как все функции | , и^-/.«.* • Чщ.т ч.к , ^¡-¡„.„а . »'¡-/.«-/.ли . «,»«-/.* отнесены к одному п тому же времени г„, в выражении (9) принимаем Лг--0. Таким образом, из соотношения (9) можем получить функции для всех точек о.а,6,в,г,д,с.

Основная рабочая формула для определения перемещений после преобразований будет иметь внд:

К^л Й = + ) и+ ДГ„Дмм,..*.. + «'„,.„,„.„)+

где Рт=аЛт/Дх3, Р^аЛт/Лу2, Рк~аАт/Лг}

С помощью выражения (11) и при известных перемещениях в точках О.я, 6,в,г,д,с в момент времени т*, становится возможным найти перемещение в точке О в последующий момент времени ткц. Таким образом, вычисляя перемещение по формуле (11) в разных точках пространственной сетки, находим искомое поле деформаций.

При исследовании особенностей закрепления тонкостенных заготовок в станочных приспособлениях было выявлено, что под действием усилий закрепления деформируется не только сама деталь, но и ее поверхностные слои в местах контакта с установочным« поверхностями приспособления.

Исследование деформаций поверхностного слоя заготовки при ее закреплении в станочном приспособлении показало, что неправильность контактирующих поверхностей в значительной степени уменьшает жесткость стыка.

Правильная установка детали предполагает не только базирование в приспособлении (т.е. определение положения заготовки относительно других элементов технологической системы), но и фиксацию положения заготовки и компенсацию сил, стремящихся сдвинуть ее. Основная из этих сил - сила резания. Она носит переменный характер вследствие изменения припуска и свойств материала. По мере передвижения режущего инструмента относительно обрабатываемой детали меняются направление и точка приложения силы резания. При наличии упругости в системе установочных элементов и зажимных устройств изменение величины и положения внешних сил вызывает смещение детали относительно инструмента и, как следствие, изменение получаемого размера и формы обработанной поверхности. Методом уменьшения влияния этих переменных сил служит предварительный натяг между заготовкой и установочными элементами.

Рассмотрен способ закрепления тонкостенной кольцевой заготовки в планшайбе на шести секторах, расположенных с одинаковым шагом по окружности. Для нахождения изгибающего момента и нормальной силы, действующей в сечении кольца, используем принцип суперпозиции. Он заключается в том, что воздействие шести радиальных сил представляется в виде двух схем (рис. 5). Необходимые величины находятся для каждой из этих схем, а затем они суммируются.

Рис. 5. Разложение схемы закрепления кольца

С применением разложения схемы закрепления, найденное перемещение в сечении 1-1 составит:

Я/Г

6, - 0.0017:

Е1

Перемещение в сечении 2-2:

6, = -0,00! 6 -

Е1

(12) {13)

В гре гьен главе описан экспериментально-теоретический метод технологического обеспечения точности обработки тонкостенного кольца.

В качестве образца для исследования выбрано тонкостенное кольцо переменного сечения (рис. 6).

1

о /

Г

'Л

'■ЩШ

//

Рис. 6. Конфигурация исследуемого образца 1,2 нежесткие элементы детапи

Особенностью конструкции детали является изменение жесткости от минимального до максимального значения пропорционально изменению толщины ступеней. В связи с этим, возникает необходимость учета величин деформаций каждой ступени. В результате снятия припуска в процессе обработки уменьшается толщина стенок, соответственно уменьшается и жесткость каждой ступени. Заготовка для изготовления рассматриваемой детали представляет собой цельнокатаное кольцо из титанового сплава ВТ-20. В технологии изготовления кольца используется принцип обработки за одну установку, т.е. основной профиль детали формируется на одной операции токарной обработки. Это позволяет исключить возникновение погрешностей вследствие переустановки заготовки.

В соответствия с требованиями к деталям исследуемого класса, разработана конструкция приспособления, обеспечивающего надежную фиксацию кольцевой заготовки в процессе обработки детали.

В качестве приводящего устройства применен винтовой механизм. Его конструкция показана на рис. 7.

На единой оси 7 закреплены приводная гайка б, крышка 2 и конус 1. Круговое движение резьбового соединения гайка ось преобразуется в поступательное движение конуса, на торце которого посредством винтов 3 закреплена предохранительная крышка 2. Шпонка 5, закрепленная на оси, выполняет функцию предотвращения от проворачивания. Движение конуса 1 вдоль оси приспособления необходимо для более точной наладки приспособления в зависимости от фактической величины внутреннего диаметра обрабатываемой заготовки.

.л 2_

Рис. 7. Конструкция зажимного элемента планшайбы

Функцию разжимных элементов в приспособлении будут выполнять шесть секторов, расположенных с одинаковым шагом по окружности корпуса планшайбы. При этом зазор между секторами выполнен минимально возможным с учетом допустимого хода секторов в радиальном направлении. На рис. 8 показана конструкция сектора.

Рис. 8. Конструкция сектора планшайбы

Приведена классификация существующих способов неразрушающего контроля, применяемых в машиностроении, а также дано обоснование выбора метода для проведения исследования. К достоинствам ультразвукового метода относятся:

- высокая чувствительность, позволяющая выявлять мелкие дефекты;

- большая проникающая способность, позволяющая обнаруживать внутренние дефекты в крупногабаритных изделиях;

- возможность определения места и размеров дефекта;

- возможность контроля при одностороннем доступе к изделию;

- безопасность работы оператора и окружающего персонала.

Рис. 9. Ультразвуковой дефектоскоп УД2-12

В данном случае контроль плотности сопряжения опорных секторов планшайбы и внутренней поверхности кольцевой заготовки осуществляется при помощи ультразвукового дефектоскопа УД2-12 (рис. 9).

Для настройки дефектоскопа необходимо изготовить контрольный образец, или эталон. Контрольный образец представляет собой плотное соединение части детали с имитатором сектора приспособления (рис. 10). Имитатор изготовлен из того же материала, что и сектор планшайбы, и обладает идентичными поверхностными свойствами. Следует отметить, что для использования в производстве товарных деталей контрольный образец проверяется на пригодность

метрологической службой предприятия и может быть использован только после положительного заключения о его соответствии.

Разработанная методика неразрушающего контроля применима для выявления «несплошностей» контакта опорных секторов приспособления и внутренней поверхности обрабатываемого кольца. Посредством соответствующей поднаетройки системы с помощью механизма настройки опорных секторов планшайбы получаем возможность компенсировать погрешности закрепления заготовки в станочном приспособлении и тем самым повысить качество механической обработки детали.

В чсгверчой главе диссертации произведен анализ результатов экспериментального исследования напряженно-деформированного состояния тонкостенного кольца.

Приведен расчет величины допустимой погрешности формы исходя из величины допустимого утонения тонкостенного кольца. В качестве критерия оценки точности формы нежесткого кольца на этапе реализации технологической операции можно принять коэффициент заполнения профиля Кш в сопряжении внутренней поверхности кольца и наружной поверхности элемента приспособления. Рассмотрим два варианта: первый когда площадь опорной поверхности 5и„ равна площади контурной поверхности 5„ второй при неполном прилегании поверхностей, когда Б„„< (рис. 1! ).

Рис. 10. Эталон для настройки ультразвукового дефектоскопа

Отклонение формы Лф кольца эквидистантно его наружной поверхности. Поэтому при воздействии силы резания Р, в процессе обработки отклонение Лф будет уменьшаться на величину упругой деформации кольиа Лу. Известно, что сила резания Р, возрастает пропорционально снимаемому припуску.

а 5

Рис. ! I. Варианты контактного взаимодействия поверхностей детали и

приспособления: а полное прилегание поверхностей при К,„=1, 6 - неполное прилегание поверхностей при К„,<1, ■$„„<■ (1 контурная поверхность. 2 - опорная поверхность)

Известно, что деформации наружной поверхности могут изменяться от нуля до некоторого максимального значения. При этом (рис. 11) изменение радиусов колец определяется следующим образом:

Щ ^г-) (14)

I А, + Л,

ж г/. > (15)

• • 2 Д, +Я,

где I},. и, радиальное перемещение колец, равное соответственно -аЛ, и -дЛ? (с/ - контактное давление. Л, и Л2 - коэффициенты радиальной податливости); Лф - отклонение формы.

В свою очередь:

- £ <]6)

1 (17)

" ЕЛ

где £/ и Е: - модули упругости тонкостенного кольца и элемента приспособления.

Окружные напряжения сгй; и ст«/ определяют следующим образом:

ЕЛф Л,

2Я, <Я, + Я2> ЕЛф Я,

(19)

2Л_, (Л+Л)

где £1, е2 - относительная деформация кольца и элемента приспособления соответственно; с^ЛК, / Л,- {¿1/?, - изменение радиуса кольца).

1

■"С '

1 и ч м-

V .. • (;

V

V N Ч V ' Ч V Ч ч Ч

Рис. 12. Схема контактного взаимодействия тонкостенного кольца с учетом неплотности контакта

Наибольшая допустимая величина погрешности формы Лф из условия допустимого утонения кольца:

.......Е, Я,

где а.,. ■• наименьшее значение (из двух) предела текучести материала.

В рассматриваемом случае точность выполняемого размера должна обеспечиваться при условии Л/</Ь.

Разработана методика расчета зависимостей угла поворота и осевого смещения кольца под действием усилий резания и закрепления. Расчетная схема представлена на рис. 13.

Рис. 13. Расчетная схема кольца

Общая осевая сила определится как:

д - 2тга,с]1 = 2жа$1 (21)

где а: расстояние от оси до линий действия нагрузок (рис. 13), Ц;, 1]2 - действующие нагрузки.

13 рассматриваемом случае с/, - сила резания, - сила закрепления. Используя известные зависимости для нахождения момента и растягивающей силы в сечении кольца, получим формулы для расчета осадки кольца и напряжений в сечении.

Осадка кольца вдоль оси действия силы (перемещение точки приложения силы):

= ^ = (22)

Напряжения в поперечном сеченин кольца:

о •. (23)

• 2.x/,

Используя программу МаМСЛ О. получим возможность автоматизированного расчета и вывода графической зависимости утла деформации и осадки (то есть осевого перемещения) детали под действием силы резания и противодействующей ей силы закрепления. Полученный график показан на рис. 14.

В конце четвертой главы диссертации приведены разработанные практические рекомендации, разработанные на основе исследования напряженно-деформированного состояния тонкостенного кольца под воздействием усилий резания и закрепления.

м

Рис. 14. Зависимость угла деформации и осадки тонкостенного кольца под воздействием усилий резания и закрепления

Основные результаты ч выводы

1. При проведении теоретического исследования и анализа данных научно-технической литературы была установлена проблема технологического обеспечения точности механической обработки тонкостенных кольцевых деталей переменного сечения.

2. Исследовано влияние точности технологической оснастки и ее элементов на возникновение погрешностей формы и выполняемых размеров при обработке тонкостенных колец.

3. Для определения деформации тонкостенной кольцевой заготовки разработана методика расчета с применением расчета полей перемещений в прямоугольной системе координат.

4. Разработана конструкция образца для исследования и конструкция приспособления - планшайбы с шестью опорными секторами, позволяющей обеспечить точность обработки детали.

5. Разработана методика неразрушающего контроля точности сопряжения посадочных элементов приспособления и внутренней поверхности заготовки с применением ультразвуковой дефектоскопии.

6. Проведены экспериментальные исследования, которые показали, что применение разработанной конструкции оснастки и улучшение технологической наладки за счет введения неразрушающего контроля позволят повысить качество выполнения операций чистовой токарной обработки тонкостенных деталей типа ступенчатых колец.

7. Подтверждена возможность использования результатов исследования при изготовлении деталей авиационных двигателей на Филиале «ОМО им. П.И.Баранова» ФГУП «НПЦ Газотурбостроения «Салют».

Основные положения и результаты диссертации отражены в следующих

работах:

1. * Моргунов Л.П., Чхстиани Е.Ю.** Технологическое обеспечение точности механической обработки тонкостенных деталей авиационных двигателей /У Омский научный вестник. - Омск: Изд-во ОмГТУ. 2012. -№ 1(107). С. 130-132. "

2. * Моргунов Л.П., Чхетиани Е.Ю.** Технологическое обеспечение и неразрушающнй контроль точности обработки нежестких детален на примере тонкостенного ступенчатого кольца // Омский научный вестник. - Омск: Изд-во ОмГТУ. 2012. - Л» 1(107). - С. 127-129.

3. * Моргунов А.П., Чхетиани Е.Ю.** Влияние фактора жесткости технологической системы на точность механической обработки тонкостенного фланца переменного сечения // Омский научный вестник. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2012. - № 2(108).

4. Моргунов Л.П.. Чхетиани Е.Ю.** Обеспечение заданных точностных параметров при обработке деталей в условиях нежесткой технологической системы // Достижения и перспективы естественных и технических наук: материалы междунар. науч.-практ. конф. -Ставрополь, 2012. С.42-45.

5. Моргунов А.П.. Чхетиани Е.Ю.** Повышение точности обработки тонкостенных деталей авиационных двигателей с применением методов неразрушаюшего контроля // Вопросы современной науки и практики. Проблемы, технологии, управление: сборник науч. статей. -Казань, 2012.-С. 48-50.

6. Чхетиани Е.Ю.** Исследование напряженно-деформированного состояния при обработке тонкостенного кольца // Теоретические и практические аспекты развития современной науки: матер, междунар. науч.-практ. конф. - Волгоград, 2012.

* Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

** Фамилия изменена на Денисову (Свидетельство о заключении брака 1-КН № 767622 от 19.04.12 г.)

Подписано в печать Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Тираж 100 экз. Заказное.

Отпечатано на ризографе в полиграфическом салоне «Галерея печати «Созвездие» 644123, г. Омск, ул. 70 лет Октября, 16/4.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ НЕЖЕСТКИХ ДЕТАЛЕЙ.

1.1. Обзор публикаций, посвященных обеспечению точности обработки деталей - тел вращения.

1.2. Технологические проблемы достижения требуемой точности тонкостенных деталей.

1.3. Обзор существующих методов определения точности обработки.

1.4. Пути повышения точности обработки нежестких деталей.

1.5. Характерные особенности обработки тонкостенных деталей авиационных двигателей. Классификация тонкостенных деталей.

1.6. Технологические и функциональные особенности современных авиационных материалов.

1.7. Анализ выполненных работ в области обеспечения точности нежестких деталей. Цели и задачи исследования.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫЯВЛЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ В РЕЗУЛЬТАТЕ УПРУГИХ ДЕФОРМАЦИЙ, ИХ НАСЛЕДОВАНИЕ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.

2.1. Технологическая наследственность и ее проявление в процессе обработки деталей типа колец.

2.2. Влияние точности станочных приспособлений на точность формы и выполняемых размеров.

2.3. Исследование напряженно-деформированного состояния нежесткого кольца под воздействием усилий резания и закрепления.

2.4. Деформации поверхностных слоев при закреплении обрабатываемой заготовки в станочном приспособлении.

2.5. Исследование влияния точности формы элементов технологической оснастки на вероятность появления погрешности формы обрабатываемой заготовки.

2.6. Выводы.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОГО

МЕТОДА ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ И

НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТОЧНОСТИ ФОРМЫ

ТОНКОСТЕННОГО СТУПЕНЧАТОГО КОЛЬЦА.

3.1. Назначение припусков на механическую обработку тонкостенных колец с учетом технологического наследования свойств заготовки.

3.2. Разработка конструкции образца для исследования.

3.3. Разработка конструкции приспособления, обеспечивающего точность формы и выполняемых размеров обрабатываемой заготовки.

3.4. Экспериментальная установка на базе токарного станка и методика проведения исследований.

3.5. Неразрушающий контроль и диагностика возникновения погрешностей при обработке тонкостенного ступенчатого кольца.

3.5.1. Обоснование выбора метода неразрушающего контроля для определения точности базирования кольцевой заготовки в станочном приспособлении.

3.5.2. Методика ультразвукового контроля фактической площади контакта опорных секторов приспособления и внутренней поверхности заготовки.

3.6. Выводы.

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ И ТОЧНОСТИ ФОРМЫ НЕЖЕСТКИХ ДЕТАЛЕЙ.

4.1. Расчет величины допустимой погрешности формы тонкостенного кольца.

4.2. Вывод зависимостей угла поворота и осевого перемещения кольца от приложенных сил.

4.3. Разработка рекомендаций по применению результатов исследования.

Тонкостенные детали находят широкое применение при проектировании авиационных двигателей и их агрегатов. Это объясняется специфическими характеристиками, которыми должны обладать узлы и агрегаты авиадвигателя. К их качеству предъявляются более жёсткие требования по сравнению с требованиями в других машиностроительных отраслях. При этом помимо обеспечения заданных эксплуатационных характеристик, элементы двигателя должны отвечать требованиям надёжности, долговечности, безопасности и т.д.

В таких условиях в авиационном моторостроении наиболее актуальными являются проблемы, связанные с обеспечением заданных параметров точности при изготовлении деталей двигателя. Решение данного круга вопросов требует комплексного подхода, поскольку на качество изготавливаемых деталей влияет огромное количество самых различных факторов. Эти факторы могут иметь разную природу, также различна и степень их влияния на точность размерной обработки деталей.

При обработке тонкостенных деталей главной проблемой является недостаточная жесткость заготовки и в целом технологической системы. В таких случаях прогибы поверхности детали под действием сил резания и закрепления зачастую соизмеримы с допуском на механическую обработку. Соответственно, достижение заданных параметров точности обработанной поверхности становится сложной технологической и производственной задачей.

Для того чтобы погрешности обработки были минимальными, необходимо правильно выбрать методы и средства технологической подготовки производства. Они должны способствовать минимизации основных погрешностей, которые могут возникнуть на различных стадиях реализации технологического процесса.

Одними из характерных представителей тонкостенных деталей в авиамоторостроении являются кольцевые детали. Соотношение диаметра и толщины стенки такой детали может составлять 500:1. Очевидно, что обеспечить жесткость технологической системы при обработке такой заготовки очень сложно. Для этого необходимо выдержать ряд требований: геометрическая точность станка и его элементов, жёсткая фиксация заготовки в станочном приспособлении, хорошее качество режущего инструмента, высокая квалификация рабочего и/или наладчика и т.д.

Достичь одинаково высокого уровня всех факторов обработки в реальных производственных условиях практически невозможно. Кроме того, рассматриваемые детали, как правило, изготавливаются из труднообрабатываемых сплавов. Соответственно, в зоне резания возникают температурные деформации, ускоряется размерный износ режущего инструмента.

Таким образом, исследования в данной области направлены, в первую очередь, на выявление наиболее значимых факторов, влияющих на точность обработки, и разработку методов технологического воздействия, которые будут способствовать минимизации возникающих погрешностей.

Технологические причины определяют рассеивание параметров точности ответственных деталей одной и той же модели. Недоработки методов технологического воздействия, несоблюдение определенных требований в процессе обработки деталей могут привести к трудностям при сборке, снижению надежности работы узла двигателя, а при наиболее неблагоприятном стечении факторов — к выходу из строя элементов конструкций.

Известно, что изнашивание деталей начинается с поверхностного слоя, который характеризуется микрогеометрией, упрочнением, структурой и остаточным напряжением. Выдерживание величин указанных параметров в допустимых пределах возможно только путем применения соответствующих методов построения технологического процесса, подбора оптимальных условий обработки и учета наиболее значимых факторов обработки, определяющих точность формы и выполняемого размера, на стадии проектирования технологического процесса. При этом в рабочих чертежах детали задаются, как правило, допуск на размер, параметр чистоты поверхности и условия взаимного расположения поверхностей. Отсюда следует, что учет комплекса параметров поверхностного слоя детали - задача технологического характера.

Заданные параметры точности детали, в первую очередь, определяются эксплуатационными характеристиками изделия, в которое входит эта деталь. Назначение методов и средств обработки, выбор параметров обработки на стадии проектирования технологического процесса необходимо производить с учетом большого количества разнородных факторов. В ходе выполнения данной работы был проведен анализ имеющихся в литературе данных, относящихся к достижению заданных параметров точности механической обработки нежестких деталей. Анализ разработанных методов и средств достижения заданной точности при обработке деталей привел к выводу о том, что недостаточно исследован характер возникновения деформаций при обработке ступенчатых кольцевых деталей. В литературе приведено мало сведений, позволяющих в полной мере учесть воздействие основных технологических факторов на достижение заданной точности обработки этих деталей. Отсюда следует актуальность выбранного направления исследования.

Следующим этапом стало выявление погрешностей, возникающих в результате упругих деформаций технологической системы, а также их рассмотрение с учетом явления технологической наследственности. На основании проведенного анализа и теоретического исследования разработан экспериментально-теоретический метод исследования технологического обеспечения точности обработки тонкостенного ступенчатого кольца, а также методика неразрушающего контроля точности закрепления заготовки в станочном приспособлении с применением ультразвуковой дефектоскопии.

Проведенные экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния и точности формы нежесткого ступенчатого кольца подверглись анализу с целью оценки целесообразности применения разработанной методики в реальных производственных условиях.

Внедрение результатов данной работы в производстве тонкостенных кольцевых деталей авиационных двигателей позволит значительно повысить уровень технологической подготовки производства за счет того, что воздействие наиболее значимых технологических факторов обработки и вероятность возникновения соответствующих погрешностей будут учитываться на стадии проектирования технологических процессов.

3.6. Выводы

На основе проведенного теоретического исследования, изложенного в предыдущей главе, разработан экспериментально-теоретический метод определения точности формы тонкостенных кольцевых деталей.

В качестве образца для исследования было выбрано тонкостенное кольцо переменного сечения, которое характеризуется изменением жесткости пропорционально изменению толщины ступеней. Деталь изготовлена из жаропрочного титанового сплава ВТ-20. Для избежания возникновения погрешностей при переустановке заготовки, обработка наружного профиля производится за одну установку.

Разработана конструкция приспособления — планшайбы с шестью опорными секторами и винтовым зажимным устройством. Данное приспособление обеспечивает базирование кольцевой заготовки по внутренней поверхности с минимальными зазорами между секторами. Минимальная величина зазора определяется допустимым ходом секторов в радиальном направлении, необходимым для перенастройки приспособления для обработки нескольких видов деталей, а также для более точного базирования в зависимости от фактического внутреннего диаметра заготовки.

Для контроля точности сопряжения обрабатываемой заготовки и опорного сектора приспособления предлагается использовать метод ультразвуковой дефектоскопии. Анализ существующих методов неразрушающего контроля показал, что наиболее целесообразным является ультразвуковой метод. Его отличительные особенности: высокая чувствительность, большая проникающая способность, безопасность в работе и др. - делают этот метод применимым для определения сплошности контакта заготовки и приспособления.

Разработанная методика ультразвукового контроля позволяет при помощи ультразвукового дефектоскопа общего назначения, настроенного по специальному эталону, с высокой точностью находить места, где контакт сектора планшайбы и обрабатываемой кольцевой заготовки имеет разрыв. В зависимости от результатов ультразвукового контроля производится поднастройка системы при помощи компенсирующего механизма приспособления.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что с применением разработанной методики повышается точность формы и выполняемых размеров обрабатываемой кольцевой заготовки за счет дополнительной технологической наладки.

Использование результатов экспериментальных исследований в производстве тонкостенных деталей типа ступенчатых колец позволит повысить качество технологической подготовки производства путем усовершенствования станочного приспособления и введения компенсирующей поднастройки технологической системы.

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО

СОСТОЯНИЯ И ТОЧНОСТИ ФОРМЫ НЕЖЕСТКИХ ДЕТАЛЕЙ

4.1. Расчет величины допустимой погрешности формы тонкостенного кольца

Одним из источников появления погрешностей при обработке нежестких заготовок-тел вращения являются отклонения формы исходной заготовки, которые в результате технологического наследования проявляются на обрабатываемой поверхности практически до последней операции из-за недостаточной жесткости технологической системы. В качестве критерия оценки точности формы нежесткого кольца на этапе реализации технологической операции можно принять коэффициент заполнения профиля Кзп в сопряжении внутренней поверхности кольца и наружной поверхности элемента приспособления. Рассмотрим два варианта: первый - когда площадь опорной поверхности Son равна площади контурной поверхности SK, второй - при неполном прилегании поверхностей, когда Son< SK (рис. 4.1).

Отклонение формы Лф кольца эквидистантно его наружной поверхности. Поэтому при воздействии силы резания Ру в процессе обработки отклонение Лф будет уменьшаться на величину упругой деформации кольца Лу. Известно, что сила резания Ру возрастает пропорционально снимаемому припуску. а б

Рис. 4.1. Варианты контактного взаимодействия поверхностей детали и приспособления: а — полное прилегание поверхностей при Кзп=1, 8оп=8к; б—неполное прилегание поверхностей при Кт<1, 8оп<$к (1 — контурная поверхность, 2 — опорная поверхность)

Известно, что деформации наружной поверхности могут изменяться от нуля до некоторого максимального значения. При этом (рис. 4.2) изменение радиусов колец определяется следующим образом: где £//, и2 - радиальное перемещение колец, равное соответственно и -(д - контактное давление, Я; к Л2 ~ коэффициенты радиальной податливости); Аф — отклонение формы. В свою очередь:

4.1)

4.2)

4.3) е2и2

4.4) где Е/ и Е2 - модули упругости тонкостенного кольца и элемента приспособления.

Окружные напряжения <у&1 и <т0/ определяют следующим образом:

2Д, (Д,+Д2)

Х02 ~ ^2 — "

2Д</> Я2

4.5)

4.6)

2Д2 (Л+/12) где 57, - относительная деформация кольца и элемента приспособления соответственно; (ЛЯ,- - изменение радиуса кольца).

Рис. 4.2. Схема контактного взаимодействия тонкостенного кольца с учетом неплотности контакта

Наибольшая допустимая величина погрешности формы Лф из условия допустимого утонения кольца:

4.7) где <т,г- наименьшее значение (из двух) предела текучести материала. В рассматриваемом случае точность выполняемого размера должна обеспечиваться При УСЛОВИИ

4.2. Вывод зависимостей угла поворота и осевого перемещения кольца от

Если говорить о деформации от усилий резания, то под действием осевой силы кольцо будет испытывать осесимметричную деформацию, когда сечение кольца поворачивается на некоторый угол. Сделаем допущение, что действующие на обрабатываемую заготовку силы и моменты равномерно распределены, и сечение кольца получит радиальное перемещение и поворот на некоторый угол.

В этом случае общая осевая сила определится как [11]: приложенных сил

2 - 2ТШ1Ц1 = 2Ш2Ц2 где аI, а2- расстояние от оси до линий действия нагрузок (рис. 4.3.), д;, д2 — действующие нагрузки.

4.8) \ / 0

1 V и 1

I/ J

Рис. 4.3. Расчетная схема кольца В рассматриваемом случае - сила резания, - сила закрепления. Определение растягивающей силы N и момента в сечении кольца М известно: п

N = ^a,ql cosat

1=1

М = YS-b'm' sina/ ~ cosa/)'

Л Ж ЛГ Л . 2 2 б откуда а} = — , а2 = —; N = 0, М = -а] q] +а2д2 =—с, 2 2 2л где с = а2- a¡ - разность радиусов опорных окружностей.

Угол поворота кольца определится как: ф r(M rü(fll<h - ) = roQc

EJX EJX 2nEJx V ' ' где E - модуль упругости,

Jx - момент инерции сечения в направлении оси х.

Осадка кольца вдоль оси действия силы (перемещение точки приложения силы):

5 = (pc = r^L (4.10)

2nEJ,

Напряжения в поперечном сечении кольца: г-У-£ (4.11) X

Учитывая конфигурацию исследуемой детали, расчет представляет собой сложную задачу. Целесообразно разбить сечение кольца на прямоугольные сечения и выполнить расчет для каждого из них. Для прямоугольных сечений расчеты существенно упрощаются. Принимая некоторые допущения, а также считая скругления и углы в сечении реальной детали пренебрежимо малыми, получим четыре прямоугольных сечения (рис. 4.4).

Для кольца прямоугольного сечения:

Р = яЕЬИ3 б дс лЬкг

Наибольшие напряжения: тах = ±

30с

7±>К 3 7 у/л 4

4.15)

4.16)

4.17)

Рис. 4.4. Расчетная схема с разбиением сечения кольца на элементарные прямоугольные сечения

При у=0,5И действуют растягивающие напряжения, при у=-0,5И -сжимающие напряжения.

Используя программу МаШСАО, получим возможность автоматизированного расчета и вывода графической зависимости угла деформации и осадки (то есть осевого перемещения) детали под действием силы резания и противодействующей ей силы закрепления. Полученный график показан на рис. 4.5. 1

2 4 6 М

Рис. 4.5. Зависимость угла деформации и осадки тонкостенного кольца под воздействием усилий резания и закрепления

Приведенный график показывает, что угол деформации и перемещение (осадка) тонкостенного кольца находятся в линейной зависимости от воздействующих на технологическую систему сил - резания и закрепления.

4.3. Разработка рекомендаций по применению результатов исследования

Теоретическое исследование технологического обеспечения точности обработки тонкостенных ступенчатых деталей показало, что на точность формы и выполняемых размеров оказывает влияние точность изготовления элементов технологической оснастки. Исследование напряженно-деформированного состояния кольца привело к выводу, что при минимальном количестве допущений и исходных данных нахождение перемещений является разрешимой задачей с применением методики расчета в прямоугольной системе координат.

1x10

8x10

-9

5х

6x10

4x10

2x10

-9

На основе теоретического исследования разработаны практические решения - усовершенствованная конструкция приспособления и методика неразрушающего контроля.

Результаты, полученные при проведении теоретических и экспериментальных исследований и приведенные в настоящей работе, могут быть использованы в двух направлениях:

1. При проектировании технологических процессов обработки деталей.

Использование предложенных методов расчета деформаций на стадии проектирования технологического процесса механической обработки деталей типа тонкостенных колец позволит компенсировать погрешности от упругих деформаций системы назначением соответствующих особенностей наладки.

2. При реализации технологического процесса обработки деталей.

Внедрение предложенной конструкции приспособления для закрепления кольцевой заготовки на шести секторах позволит избежать дополнительных погрешностей, которые возникают на стадии технологической подготовки производства. С использованием разработанной методики ультразвукового контроля значительно упростится настройка системы перед выполнением операции, т.к. данные неразрушающего контроля позволят оценить необходимость поднастройки в зависимости от наличия несплошностей контакта сопрягаемых поверхностей.

В качестве перспективных исследований в данном направлении следует отметить изучение технологического обеспечения точности обработки других типов тонкостенных деталей, применяемых в авиационных двигателях. Например, большой интерес представляют вопросы, связанные с обработкой тонкостенных крупногабаритных корпусов. Также перспективным направлением может стать установление возможности применения разработанных технологических решений при обработке деталей в других областях машиностроения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ современного состояния вопроса технологического обеспечения точности обработки тонкостенных деталей авиационных двигателей показал, что поиск новых технологических решений для достижения заданных параметров точности при обработке деталей типа ступенчатых колец является актуальной научной и производственной задачей. Аналитический обзор научно-технической литературы по данной тематике привел к выводу, что недостаточно изучены особенности технологического процесса обработки тонкостенных колец переменного сечения. Приводится недостаточно сведений, применимых для выбора методов и средств технологического оснащения производства этого класса деталей.

В соответствии с поставленной целью научного исследования, проведено теоретическое обоснование. Исследовано явление технологической наследственности и характер его проявления при обработке тонкостенных колец. Выявлено, что точность станочного приспособления оказывает существенное влияние на точность выполняемого размера и формы обработанной поверхности. Также обнаружено, что погрешности формы обработанной детали могут возникнуть и после ее снятия со станка вследствие упругого восстановления элементов технологической системы и технологического наследования признаков при реализации технологического процесса.

Разработана методика расчета, позволяющая определить перемещения и деформации кольца переменного сечения, с применением расчета полей перемещений в прямоугольной системе координат. Данная методика расчета позволяет путем последовательного определения перемещений в точках выделенной пространственной сетки найти искомое поле деформаций.

Разработан экспериментально-теоретический метод определения точности формы тонкостенных кольцевых деталей переменного сечения. Образцом для исследования является тонкостенное ступенчатое кольцо, входящее в наружный корпус двухконтурного турбореактивного авиационного двигателя. Характерная особенность детали - изменение жесткости от максимального до минимального значения пропорционально изменению толщины ступеней кольца.

Для установки заготовки при обработке используется приспособление -планшайба с шестью опорными секторами и винтовым зажимным устройством. Перемещение секторов в радиальном направлении осуществляется при помощи элемента зажимного устройства с конусной поверхностью. Экспериментальные исследования показали, что погрешности базирования могут возникать вследствие несинхронного перемещения секторов. Для устранения этого неблагоприятного фактора предложено ввести контроль конусной поверхности. В качестве методов контроля предложено использовать пневматическое измерительное устройство либо ультразвуковой метод контроля с помощью разъемного эталонного кольца.

Ультразвуковая дефектоскопия является методом неразрушающего контроля, широко применяемым на моторостроительных предприятиях. На основе этого метода разработана методика контроля фактической опорной площади контакта посадочных поверхностей элементов приспособления и внутренней поверхности обрабатываемой заготовки. Разработанная методика позволяет при помощи ультразвукового дефектоскопа серийного изготовления с высокой точностью обнаруживать места, где контакта сектора планшайбы и обрабатываемой кольцевой заготовки имеет разрывы. Настройка дефектоскопа производится по эталону, представляющему собой соединение части детали и имитатора посадочного элемента приспособления.

Экспериментальные исследования показали, что применение разработанной методики неразрушающего контроля позволяет повысить точность формы и выполняемых размеров обрабатываемой кольцевой заготовки за счет дополнительной технологической наладки. Использование результатов экспериментальных исследований при обработке тонкостенных ступенчатых колец позволит повысить качество технологической подготовки производства путем усовершенствования контроля станочного приспособления и введения компенсирующей поднастройки технологической системы.

Разработана методика расчета величины погрешности формы тонкостенного кольца, а также получены зависимости угла поворота и осевого перемещения сечения кольца от усилий резания и закрепления.

Возможность применения полученных в ходе выполнения научного исследования результатов при изготовлении деталей авиационных двигателей подтверждена на Филиале «ОМО им. П.И.Баранова» ФГУП «НПЦ Газотурбостроения «Салют».

1. Абрамов Ф.Н. Справочник по обработке металлов резанием: справочник. Киев: Техника, 1983. - 237 с.

2. Авдонин A.C. Прикладные методы расчета оболочек и тонкостенных конструкций. -М.: Машиностроение, 1969. -402с.

3. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1969. - 358 с.

4. Баранчиков В.И., Таранов A.C., Харламов Г. А. Обработка специальных материалов в машиностроении: Справочник. Библиотека технолога. М.: Машиностроение, 2002. - 264с.

5. Бауман В.А. Влияние технологической наследственности на качество поверхности после обработки 1111Д: Авторефер. дис. . канд. техн. наук. Брянск, 1972. - 18с.

6. Бахвалов Н.С. Численные методы: Учеб. пособие для студентов ВУЗов. -М.: Наука, 1973.-632 с.

7. Безъязычный В.Ф., Кузменко М.Л., Лобанов A.B. Технологические процессы механической и физико-химической обработки в авиадвигателестроении: учеб. пособие. М.: Машиностроение, 2001. -290 с.

8. Безъязычный В.Ф., КожинаТ.Д., Чарковский Ю.К. Технологические методы обеспечения эксплуатационных свойств и повышения долговечности деталей. Ярославль: ЯПИ, 1987. - 87с.

9. Биргер И.А. Остаточные напряжения. М.: Машиностроение, 1963. -232с.

10. Ю.Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин: справочник. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1993.-640 с.

11. Блинник С.И. Определение деформации кольца, закрепленного в трехкулачковом патроне, «Точная индустрия» №8-9, 1936.

12. Бозров Б.М. Основы технологии машиностроения: учеб. для вузов. -М.: Машиностроение, 2005. 736 с.

13. Бозров Б. М. Расчет точности машин на ЭВМ. М.: Машиностроение, 1984.-256 с.

14. Болотин X.JL, Костромин Ф.П. Станочные приспособления. изд. 5-е, переработ, и доп. - М.: Машиностроение, 1973. - 344 с.

15. Бородачев H.A. Основные вопросы теории точности производства. -М.: Изд-во АН СССР, 1950.-416 с.

16. Братухин А.Г. Современные авиационные материалы: технологические и функциональные особенности: учеб. пособие. М.: Авиатехинформ, 2003.-440 с.

17. Братухин А.Г., Язов Г.К., Карасев Б.Е. Современные технологии в производстве газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1997. -416с.

18. Бронштейн, И.К., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов. / под общ. ред. Г. Гроше и В. Циглера ; пер. с нем. М.: Наука, 1980. - 976 с.

19. Бруевич Н. Г. Точность механизмов. -М.: ГИТТЛ, 1946. 332 с.

20. Бруевич Н.Г., Правоторова Е.А, Сергеев В.И. Основы теории точности механизмов. М.: Наука, 1988. - 237 с.

21. Васильков Д.В. Теория и практика обеспечения стабильности и качества механической обработки маложестких заготовок. // Машиностроение и автоматизация производства., Межвуз.сб., вып. 3, С-Пб: СЗПИ, 1996. С. 54-76.

22. Васильков Д.В., Зубарев Ю.М., Катенев A.B. Повышение производительности и точности при механической обработкекрупногабаритных маложестких заготовок энергетических машин // Инструмент и технологии, №7-8, 2002. С. 10-11.

23. Верещака A.C., Кушнер B.C. Резание металлов. М.: Высш. шк., 2009. -535 с.

24. Власов В. 3. Общая теория оболочек и ее приложение в технике. М.: Гостехтеориздат, 1949. -784 с.

25. Воловик E.JI., Прима Г.В., Трошин А.Н. Анализ конструктивных особенностей поверхностей вращения // Восстановление деталей и ремонт машин: труды ГОСНИТ. Калуга, 1975. - С. 31-47.

26. Волосов С.С., Шлейфер M.JL, Рюмкин В.Я. Активный контроль размеров. М.: Машиностроение, 1984. - 223 с.

27. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов: учебник для машиностр. спец. вузов. М.: Высш. шк., 1985. 304 с.

28. Гурович, Я.Л. Режимы резания труднообрабатываемых материалов: справочник. М.: Машиностроение, 1986. - 240 с.

29. Дальский A.M. Технологическое обеспечение надежности высокоточных деталей машин. М.: Машиностроение, 1975. - 223 с.

30. Данилевский В.В. Технология машиностроения. М.: Высшая школа, 1984.-416 с.

31. Демкин Н.Б., Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин. М.: Машиностроение, 1981. - 244 с.

32. Иванцов А.И. Основы теории точности измерительных устройств. -М.: Изд-во стандартов, 1972. 210 с.

33. Иващенко И. А. Проектирование технологических процессов производства двигателей летательных аппаратов : учеб. пособие. М.: Машиностроение, 1981. -224 с.

34. Измерения в промышленности: В 3-х кн. Теоретические основы: справочник / В. Бастль, Г. Бендит, П. Бервегер, П. Профос, и др. ; подобщ. ред. П. Бастль ; пер. с нем. М.: Металлургия, 1990. — Кн. 1. — 492 с.

35. Измерения, контроль, испытания и диагностика: энциклопедия. В 40 т. / В.В.Клюев, Ф.Р.Соснин, В.Н.Филинов и др./ Под общ. ред. В.В.Клюева. - М.: Машиностроение, 1996. - Т. III-7. - 464с.

36. Ильюшин A.A., Ленский B.C. Сопротивление материалов. М.: Физматгиз, 1959. - 372 с.

37. Кирпичев М. В. Эксперимент и практика.— М.: АН СССР, 1953. -94 с.

38. Классификатор технологических операций в машино- и приборостроении. -М.: Госкомстат, 1984. -42 с.

39. Кован В.М., Корсаков B.C., Косилова А.Г. Основы технологии машиностроения. -М.: Машиностроение, 1985. -492 с.

40. Колачев Б.А., Полькин И.С., Талалаев В.Д. Титановые сплавы разных стран: справочник. М.: ВИЛС, 2000. 316 с.

41. Колесов И.М. Основы технологии машиностроения: учеб для маши-ностроит. спец. вузов. 2-е изд., испр. - М.: Высш. шк., 1999. - 591 с.

42. Кондаков А.И., Васильев A.C. Проектирование маршрутов изготовления деталей с учетом технологического наследования // Известия вузов. Машиностроение. 1988. -№ 10-12. С. 31-41.

43. Корсаков B.C. Влияние формы кулачков патрона на деформацию тонкостенных колец: сборник МВТУ им. Баумана «Технология машиностроения». -М.: Машгиз, 1955.

44. Корсаков B.C. Основы технологии машиностроения. М.: Высшая школа, 1974.-379 с.

45. Корсаков В. С. Точность механической обработки. -М.: Машгиз, 1961. -379 с.

46. Косилова А.Г., Мещеряков Р.К., Калинин М.А. Точность обработки и припуски в машиностроении: справочник технолога. М.: Машиностроение, 1976. - 288 с.

47. Крайнев А. Ф. Словарь-справочник по механизмам. М.: Машиностроение, 1981. -438 с.

48. Кузнецов Е.А., Гороховский Г.А. Фрикционное взаимодействие шероховатых тел с позиций механики твердого тела // Трение и износ. 1980.-№4.-С. 638-649.

49. Кузьмин М.П., Лагун И.М. Нестационарный тепловой режим элементов двигателей летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1988.-240 с.

50. Ландау Л.Д., Лифшиц Е. Механика сплошных сред. М.: Гостехиздат, 1954.-795 с.

51. Ломов С.М. Расчет и проектирование технологических и контроль-ных приспособлений для деталей типа тел вращения: учеб. пособие. Омск: ОмГТУ, 1997.-95 с.

52. Ломова О.С., Ломов С.М., Моргунов А.П. Точность обработки деталей на круглошлифовальных станках. М.: Технология машиностроения, 2011.- 176 с.

53. Марков H.H., Осипов В.В., Шабалина М.Б. Нормирование точности в машиностроении. -М.: Машиностроение, 1977.

54. Маталин A.A. Технология машиностроения. М.:. Машиностроение, 1985.-512 с.

55. Маталин A.A. Точность механической обработки и проектирование технологических процессов. М.-Л.: Машиностроение, 1985. - 320 с.

56. Математическая энциклопедия / Под ред. И.М.Виноградова. М.: Советская энциклопедия, 1985. - 1248 с.

57. Мозолевская Т.В., Бохонский А.И. Исследование законов управления статическими деформациями нежестких деталей при токарной обработке. // Автоматизация производственных процессов., вып.21. -Львов: Высшая школа, 1982.

58. Монченко В.П. Эффективная технология производства полых цилиндров. М.: Машиностроение, 1980. - 248 с.

59. Моргунов А.П., Масягин В.Б., Ревина И.В. Технологическое обеспечение прочности профильных неподвижных соединений: монография. М.: Технология машиностроения, 2004. - 300 с.

60. Новиков М.П. Основы технологии сборки машин и механизмов. 5-е . изд., испр. -М.: Машиностроение, 1980. - 592 с.

61. Новожилов В. В. Теория тонких оболочек. М.: Судпромгиз, 1951.

62. Обработка резанием жаропрочных сталей, сплавов и тугоплавких металлов / А.М.Даниелян, П.И.Бобрик, Я.Л.Гуревич и др. М.: Машиностроение, 1965.-308с.

63. Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисление. М.: Наука, 1972.-456 с.

64. Погонин А. А., Чепчуров М.С. Инженерные расчеты в MathCAD 7.0 prof: учеб. пособие для студентов техн. вузов. Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2000.-96 с.

65. Подгородный А. Н., Марченко Г.А., Пустынников В.И. Основы и методы прикладной теории упругости: Учеб. пособие для вузов. Киев: Вища школа. Головное издательство, 1981. 328 с.

66. Подпоркин В.Г. Обработка нежестких деталей. M.-JL: Машгиз, 1959. -208с.

67. Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов: справочник / В.И. Баранчиков и др.; под общ. ред. В.И. Баранчикова. М.: Машиностроение, 1990. 400 с.

68. Работнов Ю. Н. Основные уравнения теории оболочек, ДАН СССР, 1945, т. 47, №2.

69. Расторгуев Т.А., Рогов В.А. Перспективы развития технологических процессов в машиностроении // Технология машиностроения. 2009. -№2. - С. 80-86.

70. Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов: Справочник / В.И.Мяченков, В.П.Мальцев, В.П.Майборода и др. Под общ. ред. В.И.Мяченкова. М.: Машиностроение, 1989. -520 с.

71. Режимы резания металлов / под ред. Ю. В. Барановского. М.: Машиностроение, 1974.-408 с.

72. Розенберг A.M., Еремин А.Н. Элементы теории резания металлов. М.: Машгиз, 1966.-423 с.

73. Розенберг A.M., Розенберг O.A. Механика пластического деформирования в процессах резания и деформирующего протягивания. Киев: Наук, думка, 1990. - 320 с.

74. Рыжов Э.В., Суслов А.Г., Федоров В.П. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин. М.: Машиностроение, 1979.- 176 с.

75. Сальников А.Н. Трение шероховатых поверхностей в экстремальных условиях. Изд-во Сарат. ун-та, 1987. - 136 с.

76. Силин С.С. Расчет температурных полей при действии движущихся источников тепла // Инженерно-физический журнал, 1963 t.VI. — №12. -С. 763-766.

77. Скворцов В.Ф., Арляпов А.Ю. Дорнование глубоких отверстий малого диаметра: монография. Томск: Издательство ТПУ, 2005. - 92 с.

78. Скопинский В.Н. Исследование напряженно-деформированного состояния радиально пересекающихся цилиндрических оболочек // Строительная механика и расчет сооружений. 1980. - № 2. - С. 15-19.

79. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. М.: Машиностроение. 1969. 540с.

80. Снитко Н.К. Сопротивление материалов: учеб. пособие. Д.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1975. - 368с.

81. Соколовский А.П. Точность и пути ее повышения. М.: Машгиз, 1951. -488 с.

82. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т. 7-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1992. - Т. 1. - 816 с.

83. Справочник технолога-машиностроителя: В 2-х т. / под. ред. A.M. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мищерякова, А. Г. Суслова. 5-е изд. перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 2001. - Т. 1. -912 с.

84. Справочник технолога-машиностроителя: В 2-х т. / под. ред. A.M. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мищерякова, А. Г. Суслова. 5-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2001. - Т.2. - 912 с.

85. Станочные приспособления: справочник. В 2 т. / под ред. Б.Н. Вардашкина, В.В. Данилевского. М.: Машиностроение, 1984. - Т. 2. -655 с.

86. Строение и свойства авиационных материалов: Учебник для вузов/ Белов А. Ф., Бенедиктова Г. П., Висков А. С. И др. Под ред. акад. Белова А. Ф., док. техн. наук, проф. Николенко В. В. М.: Металлургия, 1989.-386с.

87. Сулима A.M., Шулов В.А., Ягодин Ю.Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей. М.: Машиностроение, 1988. -240с.

88. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение контактной жесткости соединений. -М.: Машиностроение, 1977. 100 с.

89. Суслов А.Г., Дальский A.M. Научные основы технологии машиностроения. -М.: Машиностроение, 2002. 684 с.

90. Тараненко В.А., Митрофанов В.Г., Косов М.Г. Технологические способы и средства повышения точности нежестких деталей. // Технология, оборудование, организация и экономика машиностроительного производства. М.гВНИИТЭМР, 1987, вып.2. -С. 1-64.

91. Технологическая наследственность в машиностроительном производстве / А.М.Дальский, Б.М.Базров, А.С.Васильев и др.; Под ред. A.M. Дальского. М.: Изд-во МАИ, 2000. - 364с.

92. Тимошенко С. П. Пластины и оболочки. М.: Гос. изд. физ.-мат. лит., 1963. - 636с

93. Химушин Ф.Ф. Жаропрочные стали и сплавы. М.: Металлургиздат, 1964.

94. Чечулин Б.Б. Титановые сплавы в машиностроении. М.: Машиностроение, 1977. - 248с.

95. Чистосердов П.С., Радьков В.В. Высокоэффективный метод повышения точности обработки маложестких деталей на токарных станках. // Вестник машиностроения, 1991, №6.

96. Ярославцев В.М. Разработка методологии поиска новых методов обработки и ее практическая реализация // Вестник МГТУ. Машиностроение. 2007. №2(67). - С.56-70.

97. Ястребова H.A., Кондаков А.И., Лубенец В.Д. Технология компрессоростроения: учеб. для студ. вузов, обуч. по спец-сти «Холодильные и компрессорные установки». М.: Машиностроение, 1987.-336 с.

98. Ящерицын П.И. Технологическая наследственность в машиностроении. Минск: Наука и техника, 1977. - 240с.

99. Ящерицын П.И., Махаринский Е.И. Планирование эксперимента в машиностроении. Минск: Высшая школа, 1985. - 286 с.

100. Cordon, О. A General study on genetic fuzzy systems / Cordon O., Herrera F. // Genetic Algorithms in engineering and computer science, 1995.-P. 33-57.

101. Eugen Axinte. About the surface roughness on microtuming of titanium alloys // Buletinul Institutulur Politehnic Din Iasi. 2007. - Supliment. -P.83-88.

102. Moser S. Continuation of titanic boom // Produktion, 2008. №7. - P. 18.

103. Selection of Cutting Tool for a-Titanium Alloy Bt5 / O.O. Awopetu, O.A. Dahunsi, A.A. Aderoba// AUJ.-2005. -T. 9(1). -P.46-52.а := 1.51;а1 := 0.3: а2 := 0.3' Ч1 := 50. 1 ОС1. С:=а2-а1 С =0.02