Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА
1.
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК И ОЦЕНКА ИХ ДОМИНИРУЮЩИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ ФОРМЫ. 10
1.1. Некоторые способы изготовления труб 10
1.1.1. Прокатка труб 10
1.1.2. Волочение 17
1.2. Качество труб и возникновение овальности в поперечной сечении, кривизны оси в продольном сечении на стадии калибровки 21
1.2.1. Качество труб 21
1.2.2. Происхождение овальности тонкостенной трубы на стадии калибровки 27
1.2.3. Возникновение кривизны вдоль оси трубы в продольном сечении при калибровке 36
ГЛАВА
2.
1.3. Выводы 39
АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ ЦЕНТРИРОВАНИЯ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК С НАСЛЕДСТВЕННЫМИ ПОГРЕШНОСТЯМИ ФОРМЫ НА СТАДИИ ИХ БАЗИРОВАНИЯ 41
2.1. Понятия погрешностей 41
2.2, Погрешность центрирования, обусловленная овальностью заготовки Asf)a 44
2.2.1. Механизм переноса овальности на погрешность Аєбо 44
2.2.2. Критерии уменьшения погрешностей
ГЛАВА 3.
2.2.3. Выводы 58
2.3. Погрешность центрирования, обусловленная кривизной
оси заготовки 60
2.3.1. Схемы установки трубных заготовок 61
2.3.2. Схемы установки и базирования в двух плоскостях 62
2.3.3. Схемы установки с использованием одной базирующей плоскости и жесткого обратного центра 65
2.3.4. Схемы установки с использованием одной базирующей плоскости и жесткого центра 69
2.3.5. Схемы установки и базирования консольной заготовки с использованием одной базирующей плоскости 73
2.3.6. Овальность, появляющаяся в закрепляемом сечении как функция осевой кривизны. Вторичная
погрешность центрирования (А ) 74
2.4. Общие выводы 75
АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ ЦЕНТРИРОВАНИЯ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК С НАСЛЕДСТВЕННЫМИ ПОГРЕШНОСТЯМИ ФОРМЫ НА СТАДИИ ИХ ЗАКРЕПЛЕНИЯ. 77
3.1. Используемые в главе понятия 77
3.2. Методы расчета деформирования и перемещения тонких трубных заготовок на стадии закрепления 81
3.2.1. Расчетная схема деформирования и перемещения для коротких заготовок 81
3.2.2, Метод конечных элементов для определения деформирования и перемещения длинных тонких трубных заготовок 92
3.3. Условная овальность е3 и погрешность центрирования Ає30, обусловленная исходной овальностью e(h в деформированном сечении на стадии закрепления 95
3.4. Условная овальность е3 и погрешность центрирования Аєхк, обусловленные исходной кривизной ек, в деформированном сечении на стадии закрепления 1
3.4.1. Модель 1 -две плоскости закрепления 105
3.4.2. Модель 2 - одна плоскость закрепления и жесткий обратный цеЕггр 107
3.4.3. Модель 3 - одна плоскость закрепления и жесткий центр 109
3.4.4. Модель 4 - консольное закрепление для коротких заготовок 1 \ 3.5. Суммарная погрешность центрирования на стадии закрепления 114
3.6. Вычисление перемещения цилиндрической заготовки под нагрузками распределенной и сосредоточенной 115
3.7. Общие выводы 125
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОСНАЩЕНИЕ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ПУТЕЙ СНИЖЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ЦЕНТРИРОВАНИЯ ПРИ БАЗИРОВАНИИ И ЗАКРЕПЛЕНИИ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК С НАСЛЕДСТВЕННЫМИ ПОГРЕШНОСТЯМИ ФОРМЫ. 127
4.1. Приспособление для центрирования и закрепления по внутренней поверхности тонкостенных трубных заготовок 128
4.2. Приспособление для центрировании и закрепления но наружной поверхности тонкостенных трубных заготовок 134
4.3. Оценка влияния на погрешность центрирования формы деталей, закрепленных в приспособлениях с разными функциями базирования и зажима 145
4.4. Выводы 148
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 149
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИСТОЧНИКОВ 153
ПРИЛОЖЕНИЯ 156
П.1. Программа расчета погрешности центрирования, обусловленной овальностью, на стадии базирования 156
П.2. Программа расчета деформации тонкостенных труб под действием локальных нагрузок на стадии закрепления 163
П.З. Программа расчета деформации овальных труб под действием 4-х равно расположенных сил 166
П.4. Программа расчета деформации овальных труб под действием 4-х равно расположенных сил 1
Введение к работе
Современный этап развития техники требует точного изготовления тонкостенных труб. В настоящее время значительно увеличилось их количество в изделиях. Тонкостенные трубы как и оболочковые конструкции, обеспечивая высокую прочность и плотность компоновки, находят широкое применение в самых разных отраслях промышленности и, что особенно важно, в ответственных областях: нефтедобывающей, самолето- и ракетостроении, криогенной технике и холодильных установках, космических и воєнно -промышелнных разработках.
Одновременно с увеличением количества тонкостенных труб повышаются и технические требования к точности размеров поверхностей, формы и их взаимого расположения. В прецизионном машиностроении эти требования достигают порядка микрометров и долей микрометра. Тем не менее, при обработке тонкостенных труб всегда существуют погрешности формы в виде овальности и кривизны оси исходной заготовки, которые наряду с низкой жесткостью представляют собой причины трудностей, мешающих выполнению заданных технических требований.
Для таких деталей важны все этапы изготовления, и законы технологической наследственности играют важную роль при разработке технологического процесса. Вопросом технологической наследственности занимались A.M. Дальский [11,12,14], А.С. Васильев [12], А.Г. Суслов [33], А.С Ямников [42], В.В. Семин [42] и другие ученые.
Наследственные связи как повышают, так и понижают показатели качества, поэтому важно на каждом этапе изготовления тонкостенных труб учитывать влияние их наследственности на характеристики детали. Явление технологической наследственности позволяет формировать оптимальные технологические среды и изменять свойства предмета производства в желаемом направлении, в том числе, и жизненный цикл. Некоторыми из важнейших факторов, влияющих на качество трубных деталей, являются исходные погрешности (овальность и кривизна оси) и сила закрепления заготовки в технологическом приспособлении. Значимость этих факторов для качества детали отмечалась еще в работах основоположников технологии машиностроения В.М. Кована [22], А.Б. Яхина [43,44], B.C. Корсакова [22].
Основное противоречие между процессами обработки тонкостенных трубных заготовок и качеством детали состоит в том, что базирование и закрепление происходят в условиях существования овальности, кривизны оси и низкой жесткости заготовки.
Исходная овальность, кривизна оси заготовки и силы закрепления при любом технологическом воздействии влияют на деформацию заготовки и вызывают погрешность центрирования перед механической обработкой, сборкой или контролем. Для тонкостенных трубных деталей эти погрешности в ряде случаев превышают допуск и могут вывести деталь из разряда прецизионных.
Кроме этого, погрешности формы у труб еще оказывают влияние па следующие технологические процессы. Так, например, на одном из трубопроизводственных предприятий Вьетнама в среднем около 15-47% сборок тонкостенных труб не удовлетрворяют требованию чертежа по радиальному биению, несмотря на то, что все детали проходят контроль ОТК. Такие сборки перебирают и подвергают ручному подбору с использованием большого количества слесарей-сборщиков высокой квалификации. Это увеличивает трудоемкость и снижает производительность сборки. Применяемые технологические процессы и оснастка не обеспечивают гарантированного обеспечения точности механической обработки при получении деталей из холоднотянутых, прогрессивных по форме заготовок, но имеющих погрешности формы и взаимного положения поверхностей в пределах 15-16 степени точности. На другом предприятии до 6% сборок не выдерживают заданного избыточного давления при гидроиспытаниях, а у 10% сборок односторонний зазор в стыке деталей больше допустимого.
По этим причинам изыскание технологической наследственности погрешностей формы и всемерное совершенствование путей, а также разработка способов и средств, обеспечивающих заданную точность выходных параметров тонкостенных трубных деталей и снижающих трудоемкость их изготовления, является важной, актуальной технической и экономической задачей, стоящей перед наукой и производством, и представляет собой первоочередной этап повышения технического уровня производства подобных деталей.
Часть решения этой проблемы сводится к исследованиям влияния технологической наследственности погрешностей формы (овальности и кривизны оси) при базировании и закреплении тонкостенных трубных заготовок на точность их центрирования и установлению технологической оснастки, обеспечивающей погрешности закрепления подобных деталей в заданных пределах.
Этому и посвящена данная диссертационная работа.
В диссертации исследованы вопросы образования погрешностей формы у тонкостенных трубных заготовок. Установлено, что в процессе калибровки под действием нажимных сил роликов присутствующее радиальное биение является причиной овальности в поперечных сечениях, а разностенность -причиной кривизны оси трубной детали. Овальность и кривизна оси, в свою очередь, вызывают погрешности центрирования на стадиях базирования и закрепления при обработке тонкостенных трубных заготовок.
В диссертационной работе рассмотрено образование погрешности центрирования, обусловленной овальностью и кривизной, при базировании в приспособлении с разным количеством зажимных элементов. Математическая обработка на ЭВМ результатов, взятых из моделирования процессов базирования с помощью программы MATLAB, позволила установить закон наследования исходных овальности и кривизны оси на погрешность центрирования детали.
На стадии закрепления появляется фактор сил закрепления, которые вызывают деформацию поверхностей закрепления и сильно влияют на погрешность центрирования обрабатываемой детали.
С применением теории деформации цилиндрических оболочек смоделированы схемы закрепления тонкостенных трубных заготовок в приспособлении с разным количеством закрепляющих элементов. По таким моделям вычислено и запрограммировано программой SolidWorkCOSMOS напряженно-деформированное состояние заготовки, из которого следует закон влияния факторов - исходных погрешностей (овальности и кривизны оси) и условия закрепления (количества закрепляющих элементов и сил) - на погрешность центрирования обрабатываемой детали.
В диссертации представлены некоторые приспособления, позволяющие уменьшить степень технологического наследования и обеспечить заданную точность изготовления тонкостенных трубных деталей.
