Управление деформированным состоянием маложестких деталей типа пластин с подкреплением на основе его прогнозирования при проектировании технологического процесса

• Автор: Каргапольцев, Сергей Константинович
• Шифр специальности: 05.02.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 321 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
Современное машиностроение является многономенклатурным производством, продукция ряда его отраслей характеризуется повышенной конструктивной сложностью, большим числом оригинальных, а подчас и уникальных решений. Они отличаются также повышенными требованиями к качеству, надежности, а в итоге и к ресурсу изделий при необходимости обеспечивать экономические показатели. Большое значение для удовлетворения всех требований, предъявляемых к конструкциям, приобретает технология производства входящих в них агрегатов, узлов и деталей.
В последние годы получили широкое распространение маложесткие подкрепленные детали, обладающие незначительной толщиной полотна и ребер, и большими габаритными размерами в плане. При изготовлении деталей такого типа обеспечение требований, предъявляемых к точности их формы и размерам, встречает серьезные затруднения. Приходится вводить в технологический процесс дополнительные операции правки и рихтовки, трудозатраты на которые в общем балансе составляют до 30%. В результате создался значительный разрыв между этими малоэффективными ручными операциями и высокопроизводительной обработкой резанием на станках с ЧПУ, что не только удлиняет цикл изготовления и выпуска продукции, а следовательно, и ее стоимость, но и отрицательно сказывается на эксплуатационных характеристиках деталей.
Причина такого положения кроется в том, что существующие методики проектирования технологических процессов изготовления мало-жсстких подкрепленных деталей основаны на традиционных подходах, не учитывающих специфику их изготовления. Для ее устранения необходим пересмотр сформировавшихся взглядов. Новый подход должен базироваться на постоянном прогнозировании основных погрешностей об-

работки, возникновение которых следует ожидать при осуществлении тех или иных операций или их совокупности, и своевременном внесении соответствующих корректив в разрабатываемую документацию.
Исходя из изложенного в настоящей работе была поставлена цель -создать научную основу для обеспечения системного подхода к прогнозированию и управлению остаточными деформациями деталей типа пластин с подкреплением при проектировании технологического процесса их изготовления и разработать необходимую для этого математическую,
информационную и программную базы. Результаты выполненных иссле-
довании наши отражение в семи главах.
В первой главе на основе литературного обзора, анализа нормативной документации, а также промышленных наблюдений установлено, что основным фактором, определяющими точность изготовления подкрепленных маложестких деталей являются общие и локальные остаточные деформации на этой основе сформулированы цель и вытекающие из нее задачи исследования.
Во второй главе рассмотрены разработанные автором математические модели формирования остаточных напряжений и остаточных деформаций деталей типа пластин с подкреплением, обусловленные термическими остаточными напряжениями в заготовках как простой, так и сложной конфигурации. Они позволяют, не прибегая к дополнительным экспериментальным исследования, при минимальных допущениях, определять не только остаточные деформации реальной детали, но и устанавливать пути и методы их минимизации.
В третей главе изложены методика и результаты экспериментальной проверки математических моделей, представленных во второй главе. Показано, что предложенные модели вполне корректно описывают образование термических остаточных напряжений в заготовках и остаточных деформаций после фрезерования этих заготовок.

В четвертой главе изложена созданная автором методика расчета остаточных деформаций, порождаемых обработкой резанием, приведены эмпирические зависимости, необходимые для расчета остаточных деформаций, формирующихся как непосредственный результат этого процесса, показан их вклад в результирующие остаточные деформации детали. Особенностью подхода, реализованного в работе, является использование при расчете остаточных деформаций в качестве исходной информации данных о главных остаточных напряжениях. Являясь наиболее универсальной характеристикой остаточного напряженного состояния, они позволяют без особых затруднений устанавливать остаточные напряжения и, соответственно остаточные деформации в любом направлении, с привязкой к любым осям детали. В этой связи в главе приведены методика и результаты исследования остаточных напряжений, создаваемых обработкой торцовыми и концевыми фрезами.
В пятой главе представлены разработанные автором математические модели формирования локальных остаточных деформаций полотна в межреберном пространстве подкрепленной детали при ее односторонним оребрении и локальной потери устойчивости полотна при его расположении по нейтральной оси поперечного сечения заготовки. Они позволяют с минимальными допущениями, без привлечения дополнительных экспериментальных данных, прогнозировать локальные остаточные деформации подкрепленной детали и определять мероприятия по их минимизации.
В шестой главе представлены оригинальная методика исследования локальных остаточных деформаций подкрепленных деталей и результаты экспериментальной проверки математических моделей предложенных в пятой главе. Установлено, что расчетные и экспериментальны результаты дают достаточное совпадение.
В седьмой главе рассмотрены существующие методы управления

От -0+

Вводя масштабный коэффициент Щ = — в (2.11), получаем

Д, = -(7п,гвт](2т1 -1), (2.12)
где В - ширина заготовки;
к - толщина оставшейся части заготовки после удаления с нее припуска а.
Напряжения растяжения-сжатия, обеспечивающие уравновешивание по силе и действующие на оставшуюся часть заготовки,

р ’ (2.13)

где Р - площадь поперечного сечения заготовки после снятия с нее при-
(2.14)
пуска С1.
рХ1=вьх.
Отсюда с учетом (2.11) и (2.14)
°щ=-°0п,2™(2.15) Остаточную деформацию растяжения-сжатия заготовки после удале-