Введение к работе
Актуальность работы. Расширение использования глубинного
шлифования (ГШ) в авиа-двигателестроении, связанное с обработкой
сложнопрофильных деталей из труднообрабатываемых материалов, ставит
перед исследователями задачу обеспечения бездефектной
высокопроизводительной обработки таких деталей, поверхности которых имеют профили различной степени сложности. Обработке методом ГШ подвергаются не только рабочие лопатки турбин, но и блоки соплового аппарата. Все эти детали являются высоко нагруженными, определяющими эффективность, надежность и, в конечном счете, ресурс газотурбинных двигателей. Надежность лопаток компрессора и турбины зависит не только от их конструктивной прочности, но и от технологии их изготовления, которая непосредственно влияет на качество поверхностного слоя хвостовика лопаток, выносливость и длительную прочность.
В отличие от шлифования плоских поверхностей, при обработке сложных профилей, распределение тепловых потоков в зоне контакта происходит иначе, появляются области концентрации высоких температур. Формируется неоднородное напряженное состояние, что в дальнейшем вызывает ухудшение качества поверхностного слоя, приводит к возникновению дефектов и снижению выносливости. Для предотвращения появления таких результатов необходимо исследовать процесс ГШ поверхностей с различными профилями, чтобы понять механизмы возникновения неравномерных распределений температуры и мгновенных напряжений, создать методики и дать рекомендации по устранению нежелательных последствий. Еще одной особенностью ГШ деталей, имеющих профильные поверхности, является изменение глубины обработки на разных проходах в пределах одной операции. В настоящее время отсутствует научное обоснование распределения припуска по проходам и методика определения режимов обработки с учетом геометрии профиля. Решение данной научной задачи путем компьютерного моделирования определяет актуальность работы.
Цель работы. Повышение производительности глубинного шлифования профильных поверхностей за счет рационального распределения припуска по проходам на основе компьютерного моделирования.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
-
Разработка методики моделирования зоны контакта инструмента и заготовки при профильном ГШ.
-
Разработка методики расчета силы резанья при многопроходном ГШ сложнопрофильных поверхностей.
-
Расчет интенсивности тепловыделений в зоне обработки.
-
Разработка компьютерной модели для выполнения расчетов температуры и напряжений с использованием современных математических пакетов Femlab 3.1., Ansys 10.0.
Методы исследования. Теоретические исследования проводились с использованием фундаментальных положений теории резания, теории теплопередачи, теории упругости, технологии машиностроения. При обработке экспериментальных данных использовались статистические методы.
Достоверность и обоснованность научных результатов, выводов и рекомендаций обеспечивается удовлетворительным согласованием расчетных и экспериментальных данных.
На защиту выносятся:
аналитическая модель определения параметров зоны контакта и силы резания при профильном многопроходном ГШ;
аналитическая модель определения температуры шлифования при обработке сложнопрофильных деталей;
методы и алгоритмы определения температур и напряжений в процессе шлифования в зоне контакта;
методика оптимизации ГШ для обработки сложнопрофильных поверхностей.
Научная новизна. В результате теоретических и экспериментальных исследований разработаны аналитические модели для компьютерного моделирования и анализа тепловых процессов и напряженного состояния в зоне обработки профильных поверхностей при ГШ. В том числе разработаны:
методика и алгоритм компьютерного моделирования и анализа зоны контакта абразивного инструмента и заготовки при многопроходном ГШ, позволяющие определить законы изменения параметров зоны контакта и силы резания по проходам;
модель для определения плотности тепловых потоков с учетом их распределения по шлифуемой поверхности профильной заготовки;
модель для анализа тепловых процессов и напряженного состояния, возникающих при многопроходном ГШ профильных поверхностей;
определена система ограничений области режимов обработки, обеспечивающих эффективное ГШ.
Практическая ценность. Разработана методика получения видоизменений твердотельной модели обрабатываемой детали при многопроходной обработке и анализа полученной модели в прикладных программах.
На основе выполненных теоретических исследований разработана методика оптимизации условий ГШ деталей, с учетом геометрии профиля и распределения припуска по проходам, обеспечивающая получение наибольшей производительности обработки при заданных ограничениях температуры и напряженного состояния деталей.
Разработаны рекомендации по выбору условий, технологических схем и режимов ГШ, обеспечивающих снижение теплонапряженности процесса обработки.
Реализация результатов работы. Основные положения диссертации переданы для использования на предприятиях ОАО "НПО "Сатурн", ОАО "Сатурн - Газовые турбины", ЗАО "ЭНМАШ" г. Рыбинск для разработки и оптимизации технологических операций ГШ сложнопрофильных деталей.
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертации доложены и обсуждены на Международ, молодеж. конфер. "XV Туполевские чтения", Казань, 2007; на Шестой всерос. науч.-техн. конф. "Вузовская наука - региону", Вологда, 2008; на Международ, молодеж. науч. конфер. "XXXIV Гагаринские чтения", Москва, 2008; на Всерос. науч.-техн. конфер. "Повышение эффективности механообработки на основе моделирования физических явлений ", Рыбинск, 2009.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ: в том числе 6 статей, 3 тезисов докладов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников. Общий объем работы 152 страницы, 110 рисунков, 10 таблиц, 36 формул и 117 наименований литературы.
