Повышение производительности профильного глубинного шлифования при обеспечении качества поверхностного слоя и сопротивления усталости турбинных лопаток

• Автор: Попов, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 05.02.08, 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 189 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Профильное глубинное шлифование как эффективный способ повышения производительности обработки жаропрочных литейных сплавов
1.2 Анализ основных проблем, сдерживающих повышение производительности ПГШ при обработке лопаток ГТД из высокожаропрочных материалов.
1.3 Анализ результатов исследований влияния технологических условий механообработки и качества поверхностного слоя на сопротивление усталости деталей ГТД.

1.4 Выводы по главе.

1.5 Цель и задачи исследования

2 МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Аналитические методы построения модели профильного глубинного шлифования.

2.1.1 Методика построения тепловой модели профильного глубинного шлифования.
2.1.2 Методика построения силовой модели профильного глубинного шлифования
2.2 Экспериментальные методы исследования ПГШ.
2.2.1 Методика определения силы резания
2.2.2 Методика определения температуры.
2.2.3 Методика определения параметров качества поверхностного слоя
2.2.4 Методика определения сопротивления усталости предела выносливости
2.3 Методика планирования экспериментов .Л.
2.3.1 Методика планирования поисковых экспериментов.
2.3.2 Методика планирования многофакторных экспериментов и регрессионный анализ
2.4 Методика проверки комплексной многоуровневой модели управления
2.5 Оборудование, инструмент и образцы для проведения исследований процесса профильного глубинного шлифования.
3 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ПРОФИЛЬНОГО ГЛУБИННОГО ШЛИФОВАНИЯ.
3.1 Разработка тсплофизической математической модели для расчета температурных полей процесса профильного глубинного шлифования хвостовиков лопаток
3.2 Определение площади пятна контакта профильного
шлифовального круга с заготовкой.
3.3 остроение силовой модели и определение плотности теплового потока при профильном глубинном шлифовании.
3.4. Выводы по главе.
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ И СОПРОТИВЛЕНИЕМ УСТАЛОСТИ ТУРБИННЫХ ЛОПАТОК ПРИ ПРОФИЛЬНОМ ГЛУБИННОМ ШЛИФОВАНИИ
4.1 Экспериментальные исследования теоретической модели профильного глубинного шлифования
4.1.1 Экспериментальная проверка силовой модели и анализ силовых зависимостей.
4.1.2 Экспериментальная проверка теплофизической
модели и определение теплового баланса.
4.2 Экспериментальное установление взаимосвязей технологических условий и параметров качества поверхностного слоя
4.3 Экспериментальное установление взаимосвязи качества поверхностного слоя и сопротивления усталости
4.4 Построение модели технологического управления качеством и сопротивлением усталости турбинных лопаток при профильном глубинном шлифовании.
4.5 Экспериментальная проверка модели
4.6 Выводы по главе
5 ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИССЛЕДОВАНИЙ.
5.1 Алгоритм прикладной программы для определения рациональных технологических условий профильного глубинного шлифования.
5.2 Технологические условия профильного глубинного шлифования, определенные с помощью модели технологического управления качеством и сопротивлением усталости турбинных
лопаток
5.3 Способ выбора шлифовальных кругов на основе ускоренной методики определения сопротивления усталости образцов
5.4 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Представлены контрольноизмерительная аппаратура и оборудование для измерения составляющих силы резания, средней температуры шлифования, усталостных испытаний, ПКПС, а также специально разработанная автором технологическая оснастка, методика измерения температуры шлифования с препарированием турбинных лопаток искусственными термопарами. Даны обоснования выбора исследуемого диапазона технологических условий ПГШ, описания методик планирования экспериментов и множественного регрессионного анализа. Показан ход экспериментальных исследований, методика обработки экспериментальных данных и их проверка на адекватность. Приводятся методики проверки теоретических исследований. Третья глава посвящена теоретической разработке процесса профильного глубинного шлифования. Разработана аналитическая теплофизическая модель процесса ПГШ елочного зуба хвостовика, устанавливающая влияние большинства технологических условий, учитывающая определение профильного пятна контакта, составляющих силы профильного шлифования и расчет суммарной плотности теплового потока. Полученная модель может быть использована для управления процессом ПГШ по температуре в районе первого зуба и впадины хвостовика при черновых режимах обработки. Четвертая глава содержит результаты построения модели технологического управления качеством поверхностного слоя и сопротивлением усталости. Проведена проверка теоретической модели процесса ПГШ по температуре шлифования и составляющим силы резания. Получены экспериментальные модели взаимосвязей технологических условий ПГШ и ПКПС, и взаимосвязи ПКПС и сопротивления усталости. ПГШ. Полученная модель . ПКПС и сопротивления усталости турбинных лопаток. В пятой главе приводится алгоритм прикладной программы, построенной на базе модели технологического управления качеством поверхностного слоя и сопротивления усталости турбинных лопаток при ПГШ. Разработаны методика проведения ускоренных усталостных испытаний и способ выбора высокопористых шлифовальных кругов, подтвержденные экспериментальными исследованиями. В заключении сделаны выводы по материалу диссертации. В приложении приведены акты внедрения результатов диссертационной работы. Автор выражает благодарность научному руководителю работы канд. РФ Евсину Е. А. и научному консультанту дру техн. Макарову В. Ф., а также инженерам и сотрудникам экспериментальнотехнологического цеха ОАО ПМЗ за помощь в построении концепции работы, проведении экспериментов и внедрении полученных результатов в производство. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. Повышение производительности механообработки при стабильном обеспечении стабильности требуемого качества поверхностного слоя и эксплуатационных свойств деталей ГТД является приоритетным направлением современного авиадвигателестроения. Сокращение трудозатрат, снижение себестоимости обработки при обеспечении стабильно высокого качества и ресурса работы особоответственных деталей повышает конкурентоспособность авиационных двигателей. Это достигается внедрением новых более эффективных технологических процессов или значительным совершенствованием применяемых, особенно на финишных этапах обработки деталей. Одним из высокопроизводительных методов финишной обработки деталей авиационных двигателей из труднообрабатываемых материалов является процесс глубинного шлифования , 5, 7. За последние лет отечественными и зарубежными учеными проведено большое число исследований в области глубинного шлифования. Проведены глубокие научные исследования механизма стружкообразования, кинематики и динамики процесса, стойкости шлифовальных кругов, экспериментального и теоретического определения силы и температуры шлифования и др. В результате этих исследовании и внедрения процесса глубинного шлифования в производство достигнуто повышение производительности но сравнению с фрезерованием до 5 раз, при формировании более благоприятного качества поверхностного слоя , 1, 3. Однако, эффективное использование на практике данных научных разработок не всегда оказывается возможным. При внедрении процесса выявлено множество нерешенных проблем.