Введение к работе
Актуальность. Повышение качества выпускаемой продукции,: ее надежности и долговечности относится к важнейшим задачам машиностроения. Поэтому в настоящее время широко используется упрочнение деталей машин поверхностным пластическим деформированием (ППД). Однако, возникающие после ППД остаточные напряжения приводят к нежелательным, а в ряде случаев к недопустимым изменениям размеров и формы (короблению) деталей. Аналогичное явление наблюдается и после других видов обработки: точения, фрезерования, шлифования, поверхностной закалки.
Коробление значительно усложняет технологический процесс и приводит к увеличению трудоёмкости изготовления деталей, а в ряде случаев и к неисправимому браку. В значительной мере точность изготовления деталей зависит и от размерной стабильности материала. Практика показывает, что многие детали ГТД претерпевают значительные деформации не только в процессе изготовления, но и при хранении и эксплуатации, что приводит к осложнениям при сборке изделий, а также к изменению эксплуатационных характеристик двигателя. Проблема обеспечения точности особенно важна в энергетическом и авиационном машиностроении, где преобладают тонкостенные маложёсткие детали.
Один из путей решения проблемы коробления заключается в управлении технологическими процессами изготовления деталей машин. Расчетно-экспериментальные методы прогнозирования коробления позволяют заранее сравнить возможные деформации с требуемой точностью и в случае несоответствия наметить необходимые мероприятия.
Цель диссертации. Разработка научных основ расчётно-экспери-ментальных методов прогнозирования корбления деталей ГТД после обработки поверхности и применения этих методов для совершенствования технологических процессов с целью повышения точности ответственных деталей.
Научная новизна. В работе впервые разработаны и обоснованы следующие результаты.
1. Общий расчётный метод прогнозирования коробления деталей про
извольной формы после обработки поверхности. Метод основан на рас
смотрении сил взаимодействия детали с её тонким деформированным
поверхностным слоем, в котором в результате обработки возникают оста
точные напряжения.
2. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено
существование эффекта нелинейности температурных характеристик
(ЭНТХ), который заключается в существенном влиянии статических ис кажений кристаллической решётки материала на динамические искаже ния. У материалов с повышенной концентрацией дефектов и внутренни напряжений эффект проявляется в изменении величин модуля упругс сти, температурного коэффициента линейного расширения и плотност: материала, процесс теплового расширения становится необратимым, температурные зависимости коэффициента линейного расширения, мс дуля упругости, плотности материала и резонансной частоты колебани; становятся существенно нелинейными и имеют неодинаковые значенні при нагревании и охлаждении. На основе ЭНТХ разработан неразру шающий метод контроля размерной стабильности материалов и прогно зирования коробления деталей.
-
На основе общего метода разработана теория коробления деталеі типа стержня, цилиндра, кольца и диска, учитывающая наряду с осевы ми окружные и касательные остаточные напряжения.
-
Разработаны основные принципы нормирования остаточных нап ряжений в поверхностном слое деталей по допускаемым деформациям а также в заготовках-трубах по деформациям вырезаемых колец.
-
Разработаны методические основы проведения высокоточных ди латометрических исследований деталей в области малых воздействий совершенствования технологических процессов и определения режимої обработки с целью повышения размерной стабильности и уменьшенш коробления деталей.
Практическая ценность и реализация. Разработаны системе контроля, методика тарировки средств контроля и методика обработ ки результатов экспериментов в условиях ограниченной информации позволяющие проводить высокоточные исследования деталей в області малых воздействий и с достаточной степенью надёжности осуществляті контроль размерной стабильности материалов и прогнозировать коробление деталей. Полученные в работе результаты позволяют решаті следующие практические задачи:
неразрушающего контроля остаточного напряжённого состояния заготовок высокоточных деталей;
совершенствования технологии, определения режимов и создания способов обработки, обеспечивающих устранение недопустимых деформаций деталей;
нормирование по допускаемым деформациям технологических остаточных напряжений в поверхностном слое высокоточных деталей после различных видов обработки;
нормирования остаточного напряжённого состояния в заготовках высокоточных деталей;
разработки нормативов для определения межоперационных припусков с учётом коробления деталей в процессе обработки;
осуществления контроля качества обработки ППД неразрушающим способом.
Методики расчёта деформаций и нормирования остаточных напряжений в заготовках высокоточных деталей внедрены во Всесоюзном научно-исследовательском конструкторско-технологическом институте подшипниковой промышленности (АО "ВНИПП") и на Куйбышевском агрегатном производственном объединении (Самарском АО "Авиаагрегат" ). Способ устранения коробления и способ упрочнения лопаток компрессора ГТД — на Куйбышевском моторном заводе (Самарском научно-производственном объединении "Труд"). Методика определения остаточных напряжений в кольцах подшипников — на Четвёртом Государственном дваноды Ордена Ленина подшипниковом заводе (Самарском АО "Шар" ). Неразрушающий метод контроля размерной стабильности и прогнозирования коробления деталей, методики совершенствования технологических процессов и определения режимов обработки апробированы в производственных условиях на Рыбинском производственном объединении моторостроения (Рыбинском АО "Рыбинские моторы" ).,
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на н.-т. семинарах Рыбинской государственной авиационной технологической академии и Самарского аэрокосмического университета им. академика С.П.Королёва, на 9 зональных и областных конференциях, на 20 всесоюзных и российских н.-т. конференциях, в числе которых: "Повышение эффективности и совершенствование компрессорных машин и установок" (Москва, 1978г.), "Конструкционная прочность двигателей" (Куйбышев, 1978, 1988, 1991 г.г.), "Теплофизика технологических процессов" (Ташкент, 1984г., Тольятти, 1988г., Рыбинск, 1996г.), XV. Республиканский семинар ИНДМАШ АН БССР (Минск, 1988 г.) IV Всесоюзное совещание "Методы и приборы для точных дилатометрических исследований материалов в широком диапазоне температур" (Кириши, Ленингр. обл., 1988г.), "Оптический, радиоволновой и тепловой методы неразрушающего контроля" (Могилёв, 1989г.), "Неразрушающие физические методы и средства контроля" (Свердловск, 1990т.) . а также на международных конференциях: 5 Международной научно-технической конференции "Rationalisierung im Maschinenbau" (Zwickau, DDR, 1985 г.), на Общеевропейской конференции "Residual Stresses" (Frankfurt A.M.,
Germany, 1992) и на Первой международной конференции " Актуальны! проблемы прочности" (Новгород, 1994г.).
Публикации. Результаты выполненных исследований опубликова ны в монографии " Изменение размеров и формы деталей после обра ботки поверхности", в 60 печатных работах, в числе которых 20 ста тей, 1 Методическое руководство к выполнению лабораторной работь " Определение остаточных напряжений в кольцах подшипников" и ' описаний изобретений, на которые получены авторские свидетельства.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения девяти разделов, заключения, списка литературы (233 наименования в том числе 20 иностранных), приложения, содержит 265 страниц тек ста, в том числе 106 рисунков и 24 таблицы.
