авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Обеспечение качества изготовления маложестких деталей типа дисков газотурбинных установок за счет снижения технологических остаточных деформаций.

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ОВСЕЕНКО ЕВГЕНИЙ СЕРГЕЕВИЧ

Обеспечение качества изготовления маложестких деталей типа дисков газотурбинных установок за счет снижения технологических остаточных деформаций.

Специальность 05.02.08 «Технология машиностроения»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2011.

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном технологическом университете «СТАНКИН», Государственном научном центре Российской Федерации Открытом Акционерном Обществе «Научно-производственное объединение «Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения» (ОАО НПО ЦНИИТМАШ) и ФГУП «Московское машиностроительное производственное предприятие «САЛЮТ».

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор, лауреат Ленинской премии Тимирязев Владимир Анатольевич
Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор, Мнацаканян Виктория Умедовна Кандидат технических наук, профессор Хостикоев Михаил Заурбекович
Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технический университет «МАМИ»

Защита диссертации состоится 31 мая 2011г. в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 217.042.02 при ОАО НПО «ЦНИИТМАШ» по адресу: 115088, Москва, ул. Шарикоподшипниковская, д.4.

Тел/факс: (495) 675-89-05; E-mail: dnklauch@cniitmash.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ОАО НПО «ЦНИИТМАШ» по адресу: 115088, Москва, ул. Шарикоподшипниковская, д.4.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах заверенны печатью учреждения (организации) просим направлять в диссертационный совет по указанному адресу.

Автореферат разослан «___» апреля 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук Д.Н. Клауч

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. Тенденции повышения требований к качеству продукции машиностроения при одновременном снижении её металлоёмкости влекут всё большее использование деталей малой жёсткости и, в частности, типа дисков. Обеспечение заданных параметров качества маложестких дисков сопряжено со значительными трудностями из-за технологических остаточных деформаций (коробления), возни­кающих в процессе изготовления.





Закономерности образования технологических остаточных деформаций при изготовлении деталей типа маложестких дисков недостаточно изучены. При разработке техпроцессов изготовления дисков в большинстве случаев не учитывается технологическое наследование напряжений и деформаций. Отсутствуют комплексные исследования, устанавливающие связь технологических параметров всей совокупности проводимых операций с остаточными деформациями, что ограничивает возможности разработки рациональных технологических процессов изготовления качественных дисков. Данные обстоятельства ставят исследования в этой области в ряд актуальных проблем технологии машиностроения.

Исследования, составляющие содержание диссертации, выполнялись в лабораторных и производственных условиях ОАО НПО «ЦНИИТМАШ», ФГУП ММПП «САЛЮТ» и ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» в том числе в рамках Государственного контракта №9411.1003702.05030 от 21.10.2009 г. «Разработка и внедрение прогрессивных технологических процессов изготовления дисков из жаропрочных никелевых сплавов для газотурбинных установок нового поколения, шифр «ГТУ».

Цель работы. Разработка методов обеспечения качества изготовления маложестких деталей типа дисков газотурбинных установок из труднообрабатываемых материалов на основе выявления закономерностей их технологических остаточных деформаций с учетом технологической наследственности.

Для достижения поставленной цели была определена необходимость решения следующих задач:

  1. Выявить закономерности формирования технологических остаточных деформаций деталей типа маложестких дисков.
  2. Исследовать влияния технологических и конструктивных факторов на технологические начальные напряжения, остаточные напряжения и деформации.
  3. Разработать математическую модель, связывающую площадь эпюры начальных напряжений и основные технологические факторы.
  4. Исследовать влияния технологической наследственности на остаточные напряжения и деформации маложестких дисков.
  5. Разработать рекомендации по снижению технологических остаточных деформаций маложестких дисков газотурбинных установок из труднообрабатываемых материалов.

Методы исследования. Представленные результаты диссертационной работы получены на основе теоретических и экспериментальных исследований, включая исследования непосредственно на производстве. Поставленные задачи решались на основе фундаментальных положений технологии машиностроения, теории резания металлов, теории упругости и пластичности, металловедения. В экспериментальных исследованиях использованы математические методы планирования и обработки результатов экспериментов, современные приборы и установки для исследования остаточных напряжений и деформаций. Обработка экспериментальных данных осуществлялась с использованием ЭВМ.

Научная новизна работы представляет собой новое решение актуальной научной задачи – выявление связей, определяющих влияние технологических факторов обработки на достигаемую точность, остаточные деформации и напряжения в поверхностных слоях маложестких деталей типа дисков ГТУ, что имеет важное научное и практическое значение. Научная новизна работы включает:

1. Установление закономерностей влияния методов и технологических факторов при обработке маложестких дисков и пластин на технологические начальные напряжения и остаточные деформации.

2. Разработку математической модели, связывающей главную интегральную характеристику эпюры начальных напряжений (ее площадь) и основные технологические факторы торцового точения дисков из никелевого сплава.

3. Выявление механизма формирования технологических остаточных деформаций при односторонней и двусторонней обработке для наиболее характерных эпюр распределения начальных напряжений, образующихся в поверхностном слое при различных методах обработки.

4. Установление закономерностей влияния технологической наследственности на конечные остаточные деформации и остаточные напряжения в поверхностном слое маложестких дисков.

Практическая ценность состоит:

  1. В разработанной методике и математических моделях для расчета главной интегральной характеристики эпюры начальных напряжений при торцовом точении и определении рациональных условий обработки.
  2. В разработке принципиальной схемы (алгоритма) проектирования технологического процесса изготовления маложестких деталей типа дисков с учетом технологических наследственных остаточных напряжений, начальных напряжений и технологических остаточных деформаций.
  3. В разработке рекомендаций по технологическому обеспечению заданной точности маложестких дисков путем управления технологическими остаточными деформациями и обеспечению качества поверхностного слоя.

Реализация результатов исследований.

Результаты работы внедрены и используются при разработке прогрессивных технологических процессов изготовления маложестких дисков ГТУ на ММПП «Салют».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной конференции «Производство Технология. Экология. «ПРОТЭК’08» (Москва, 2008), на Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии» НМТ-2010 (Москва, 2010г.), на XIV Международной научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении» (Пенза, 2010г.), на IX Международной научно-практической конференции «Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии, материаловедении и мехатронике» (Новочеркасск, 2010г.), на научном симпозиуме «Неделя горняка-2011» (Москва, 2011г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 5 в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы. Основной текст изложен на 144 страницах машинописного текста, имеется 39 иллюстраций, 8 таблиц, список литературы из 138 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, ее цель и задачи, приведены основные результаты работы.

В первой главе рассмотрено современное состояние вопроса по обеспечению точности при изготовлении деталей малой жесткости, в том числе типа дисков.

Установлено, что основным фактором, влияющим на их коробления, являются технологические остаточные деформации изгиба, а его сохранение с течением времени обусловлено степенью релаксации остаточных напряжений и стабильностью структурно-фазового состояния материала.

Показан большой вклад в решение данных проблем В.Н. Шахурина, С.А. Букатого, А.И. Исаева, Б.А. Кравченко, Ю.Н. Вивденко, О.Ю. Коцюбинского, А.Н. Овсеенко, А.И. Промптова, В.А. Смирнова, В.К. Кузюшина, В.К. Мазура, С.Г. Гинкула, Ю.И. Замащикова, С.К. Каргапольцева и других ученых. Анализ литературных источников, патентной и нормативной документации позволил установить следующее.

  1. Технологические остаточные деформации обусловлены нарушением уравновешенного напряженного состояния заготовки при удалении припусков механической обработкой и одновременным формированием в поверхностном слое начальных напряжений (под последними понимаются напряжения, имеющие место в заготовке после обработки, но до её освобождения от внешних связей и деформирования) (рис. 1), а также изменением напряженного состояния, предварительно созданного силами крепления заготовки в приспособлениях. Технологические остаточные деформации проявляются главным образом в виде изгиба и изменения размеров детали после проведения очередной операции и удаления внешних связей и воздействий.
  2. Теоретическое изучение технологических остаточных деформаций проводилось в большинстве случаев применительно к простым случаям их формирования после одной или двух последовательно проводимых операций и не затрагивало наследственных влияний всей цепочки проводимых операций. Как исключение, следует отметить глубокие исследования технологических остаточных деформаций турбинных лопаток и деталей типа брусьев, выполненные С.А. Букатым, А.Н.Овсеенко, А.И. Промптовым, В.А. Смирновым и их учениками.
  3. Вклад технологических остаточных напряжений исходной заготовки, начальных напряжений, формируемых процессом резания, напряжений от воздействий станочных приспособлений в результирующие технологические остаточные деформации маложестких дисков не получил количественной оценки.
  4. Результаты ранее выполненных исследований остаточных и начальных напряжений при одноосном напряженном состоянии прямоугольных образцов не могут быть прямым образом использованы для разработки моделей прогнозирования технологических остаточных деформаций деталей типа дисков.

С учетом изложенного сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Рис. 1. Принципиальная схема взаимодействия напряжений при односторонней обработке. Эпюры напряжений: 1 – остаточные напряжения в заготовке, 2 – начальные напряжения, возникшие в результате односторонней обработки; 3 – начальные напряжения после обработки; 4,5 – часть остаточных напряжений, которые возникают от продольных(4) и изгибных(5) деформаций; 6 – сформированные остаточные напряжения.

Во второй главе приводится методика проведения экспериментальных исследований натурных маложестких лабиринтных дисков, выбранных в качестве объекта исследований.

Маложесткие диски газотурбинных двигателей (ГТД) относятся к наиболее ответственным деталям газотурбинных установок (ГТУ). Они должны иметь высокую надёжность, которая существенно зависит от технологии изготовления дисков. Её основой является механическая обработка, которая должна обеспечить требуемую точность дисков и качество их поверхностного слоя (шероховатость, деформационное упрочнение, остаточные напряжения). Для изготовления маложестких дисков в настоящее время применяются деформируемые жаропрочные сплавы, хромоникелевые сплавы, титановые сплавы.

Конструктивно маложесткие диски турбин и компрессоров состоят из полотна, на периферии которого выполнены равноотстоящие друг от друга пазы со специальным профилем или лабиринтным уплотнением и поверхностей ступицы с отверстиями для центрирования и закрепления диска на валу (рис.2).

Для объективной оценки напряжённого состояния поверхностного слоя полотна маложестких дисков необходимо знать эпюру распределения остаточных напряжений по глубине поверхностного слоя (ПС), начиная со слоя толщиной 2-5 мкм.

В работе для определения остаточных напряжений использовались проблемно-ориентированный измерительно-вычислительный комплекс контроля остаточных напряжений ПОВКОН "Тензор", а также оптико-механическая установка ЦНИИТМАШ.

 Схема вырезки радиальных (1, 3, 5) и-1

Рис. 2. Схема вырезки радиальных (1, 3, 5) и тангенциальных (2, 4, 6) образцов из дисков для определения остаточных напряжений.

Для этого из полотна диска, а также с поверхности ступицы электроискровым способом вырезались образцы прямоугольного сечения в радиальном и тангенциальном направлениях (рис. 2). Измерялись деформации образцов, возникшие в результате вырезки, и они крепились в установке.

Остаточные напряжения в образце рассчитывались по формуле (2.1):

, (2.1)

где - стрела прогиба образца после вырезки из диска, мм;

- общая длина образца, мм;

– толщина образца, мм;

а – толщина снятого слоя, мм;

- длина участка травления образца, мм;

, - функции изменения стрелы прогиба образца по глубине снятого слоя и текущей координате соответственно.

Остаточные напряжения в диске до вырезки из него образцов определялись с учетом плоского напряженного состояния.

Технологические остаточные деформации дисков оценивались по изменению величин Ул и Цл, схема измерения которых представлена на рис. 3.

Измерения проводились в нескольких точках по окружности, фиксировались минимальные и максимальные значения Ул и Цл. на поверхности диска со стороны А и на поверхности диска со стороны Б.

Размеры Ул и Цл указаны от поверхностей, находящихся на стороне А, на которой проводились основные измерения.

Анализ деформаций лабиринта на конкретной операции (переходе) проводился по разности измеренных Ул на последующей и предыдущей операциях (переходе), т. е.:

Ул0i = Улi – Улi-1,

где Ул0i – величина Ул на i - ой операции;

Улi – измеренное Улi на последующей (i - ой) операции;

Улi-1 – измеренное Улi на предыдущей (i-1 ой) операции.

Рис. 3. Схема измерения остаточных деформаций дисков (Ул и Цл).

Площадь эпюры технологических начальных напряжений Рн является ее главной характеристикой, по которой можно оценить влияние методов и режимов обработки на технологические остаточные деформации деталей. При односторонней обработке образцов прямоугольного сечения она может быть определена по стреле прогиба образца f из формулы

где тогда

где – толщина образца; Хс – координата центра тяжести эпюры начальных напряжений (от поверхности образца); l – длина образца; Е – модуль упругости материала образца; а – глубина поверхностного слоя, в который вносятся начальные напряжения.

Координату Хс невозможно определить, не зная эпюру распределения начальных напряжений. Для большинства методов механической обработки и конкретных деталей Хс является величиной второго и более высоких порядков малости по сравнению с . Поэтому без большой погрешности можно принять Хс=0, т.е. считать, что вектор Рн приложен непосредственно к поверхности детали. Тогда

Положительным считается Рн при начальных напряжениях растяжения (+), т.е. когда обработанная поверхность становится вогнутой.

В третьей главе приводятся результаты экспериментальных исследований технологических остаточных деформаций штатных лабиринтных дисков компрессоров в производственных условиях.

В ходе технологического процесса изготовления лабиринтных дисков наблюдаются технологические остаточные деформации (коробление) лабиринта, превышающие допуски на размеры Ул (4,7+0,05мм) и Цл (2,65±0,1мм). Для выявления причин коробления и разработки рекомендаций по их снижению до допустимых пределов был проведен комплексный анализ всего технологического процесса изготовления дисков лабиринта, начиная с анализа состояния заготовки и заканчивая дробеупрочнением микрошариками и финишными операциями.

Путём измерения величин по операциям и переходам технологического процесса обработки заготовки диска лабиринта выявлялись операции и переходы, оказывающие наибольшее влияние на деформации лабиринта.

Проводилось сравнение четырех вариантов обработки дисков в зависимости от характера предварительной термообработки, а также способа установки и закрепления заготовок дисков на планшайбе.

Измерения проводились по всей поверхности лабиринта на соответствующем радиусе, но фиксировались только максимальные и минимальные значения Ул и Цл без фиксации мест их расположения.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.