оптимизация условий формализования тонкостенных...
TRANSCRIPT
Оптимизация условий Оптимизация условий формообразования тонкостенных формообразования тонкостенных
фланцев деталей ГТД из титановых фланцев деталей ГТД из титановых сплавовсплавов
Ассистент каф.ТМС ПНИПУ Абзаев Р.С.Ассистент каф.ТМС ПНИПУ Двинянинов С.А.
Научный руководитель Макаров В.Ф., профессор, д.т.н.
2012 г.
Современные проблемы и актуальность работы: 1. Широкое применение нового дорогостоящего
современного оборудования с ЧПУ и обрабатывающих центров с большими возможностями по проведению процесса.
2. Широкое использование тонкостенных деталей в конструкциях авиадвигателей и газотурбинных установок на их основе.
3. Проблемность осуществления и оптимизации процесса обработки тонкостенных деталей по причине отсутствия необходимых исследований по обработке данной группы деталей.
3
Проблема при фрезеровании наружного контура кольца: При фрезеровании паза, вследствие больших сил резания и низкой жесткости детали возникают вибрации, которые приводят к появлению дробления обрабатываемой поверхности, либо разрыву конструктивного элемента (ушка).
Данную проблему можно объяснить с точки зрения контактных явлений в зоне резания. Применяя труднообрабатываемые титановые и жаропрочные сплавы для деталей ГТД с большим содержанием карбидов, нитридов и карбо-нитридов в структуре материала, при фрезеровании фланцев концевыми фрезами возникают существенные окружные и радиальные силы резания. В свою очередь, главным образом радиальная составляющая Py, стимулирует отжим инструмента в процессе обработки от обрабатываемой поверхности, вызывая вибрации инструмента в зоне резания.
3
4
Двигатель ПС-90А
• -90 – ПС А российский турбореактивный авиационный 16 000 . двигатель мощностью кгс Устанавливается на
пассажирских самолетах-96-300, -96-400, -204-100, -204-300 -Ил Ил Ту Ту и транспортномИл
76МФ4
5
Обрабатываемая деталь:Обработка наружного контура кольца НА 1й подпорной ступени ТВД – фрезерование наружного контура
5
•Работа при повышенных температурах•Повышенные требования к качествуобрабатываемых поверхностей•Тяжело нагружена в процессе эксплуатации авиадвигателя•Высокие требования к точности обработки поверхностей
Материал ВТ-6Наружный диаметр Dн=1161ммДиаметр по дну паза Dп=1140ммКоличество пазов 154штТолщина стенки hс=2,8ммСнимаемый припуск 10,5 мм
6
Возможные пути решения проблемы:
- Двухпроходный способ (многопроходный), позволит решить поставленную задачу, но значительно увеличит время обработки и тем самым стоимость операции;
- Выбор таких параметров обработки (условий), при которых бы случаи брака были исключены, но потребовал значительного снижения режимов обработки, тем самым снижая производительность процесса, эффективность использования оборудования и режущего инструмента;
- Разработка технологического решения, позволяющего производить обработку на высоких режимах с низкой трудоемкостью, исключая случаи брака при обработке
7
Схема с предварительным врезанием:
7
11 arccos
d
d
R
l
21
22
)(arccos
dd
ddd
RR
Rhl
2
2
2
2
3
)(arccossin
)(arccossin
arcsin
df
ddfd
f
ddfd
lR
RhBRAL
R
RhBRAL
22
24
))((arcsin
dddd
d
RhBlAL
AL
Определение граничных углов участков:
Оптимизируется с целью уменьшения инивелирования (выравнивания) припуска вдоль обрабатываемого профиля детали
88
Определение глубины резания вдоль профиля паза по участкам:
2
2
22
21
2
cos
)(sin
2sin
1
cos
)(sin
2cos
cos
f
dddd
f
ddddd
ddd
R
lhRBLA
R
lhRBLAR
lhRBt
1
2
222
2
2
2
222
2
2
1)(
sin
1
1)(
cos
d
f
ddd
ddd
d
ddd
d
ddd
ddd
d
ddd
d
R
R
lhRBlhRB
LA
lhRB
LAatg
Rf
lhRBlhRB
LA
lhRB
LAarctgt
111 cos' d
dd R
lRMOt
fffd R
BARBARBARt
sinarcsincos(2
22222222
2
N-F F-G
G-P
P-H
99
Определение количества зубьев в контакте с деталью Nz по участкам профиля паза
N-F, F-G
G-P P-H
360
11 nNSNz
360
'1'1 nfSNz
360
'''1''1 nfSNz
n – количество зубьев фрезы
1010
Анализ изменения величины глубины резания t и количества зубьев в контакте с деталью Nz в зависимости от изменения параметров А и В и диаметра фрезы Df
График изменения глубины резани t от разных значений параметра А припостоянных параметра В и Df:1)А=-2мм;2)А=-1мм; 3)А=1мм
График изменения глубины резани t от разных значений параметра В припостоянных параметре А и Df:1)В=2,5мм;2)В=2мм; 3)В=0мм
График изменения глубины резани t от разных диаметров фрезы припостоянных параметрах А и В:1)Df=12мм;2)Df=14мм; 3)Df=15мм
График изменения количества зубьев в контакте с деталью Nzот разных значений параметра А припостоянных параметра В и Df:1)А=-1мм;2)А=1мм; 3)А=2мм
График изменения количества зубьев в контакте с деталью Nzот разных значений параметра В припостоянных параметре А и Df:1)В=2мм;2)В=1мм; 3)В=0мм
График изменения количества зубьев в контакте Nzот разный диаметров фрез при постоянных параметрах А и В:1)Df=10мм; 2)Df=11мм; 3)Df=12мм
11
052,0052,01
1
1
1111
sinsin
K
Z
Xp
Z B
NzEcba
P
sinsinsin
08,375,2 2,185,02
2
1
2211
BBK
Z
Xp
YB
NzEcba
P
cossinsin 17,019,03
3
1
33
11
K
Z
X
pX B
NzEc
baP
Анализ возникающих сил резания по методу В.Ф.Безъязычного:
Выбранный метод позволяет определитьсоставляющие силы резания с наибольшейточностью, т.к. включает максимальноеколичество факторов, влияющих на про-цесс обработки.В том числе физические и механические свойства обрабатываемого и инструменталь-ного материалов, геометрию РИ, условия ирежимы обработки.
Коэффициент Nz отражает какая доля от единичной силы (силы, возникающий от воздействия на обрабатываемый материал одним зубом фрезы) оказывает свое влияние в рассматриваемой точке профиля паза.
1212
Принятая схема обработки:
Изменение глубины резания t вдоль профиля паза
Изменение количества зубьев в контакте с детальювдоль профиля паза
Графики изменения составляющих сил резаниявдоль профиля паза: 1)без врезания; 2)с областью предварительного врезания
1313
Результаты производственных испытаний и выводы
• износ по задней поверхности зубьев составляет 0,15-0,20 мм• точность и качество обработанной поверхности соответствует ТУ (Ra=2,3 мкм)• обработка детали с предварительным врезанием на 30-40% производительнеепо сравнению с двухпроходным способом (17,7 мин и 23 мин)• стойкость фрезы в 1,5-2 раза выше при обработке с предварительным врезанием(~150 мин и ~92 мин)
Выводы:• Применение схемы с предварительным врезанием решило проблему с дефектами обрабатываемой поверхности и неудовлетворяющей ТУ шероховатостью• Применение данного решения позволяет повысить стойкость инструмента и производительность процесса• Согласно полученным результатам контроля качества обработанных поверхностей,погрешность расчетов с помощью оптимизационной модели не превышает 15%
1414
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
Двинянинов Сергей