Оптимизация условий Оптимизация условий формообразования тонкостенных формообразования тонкостенных

фланцев деталей ГТД из титановых фланцев деталей ГТД из титановых сплавовсплавов

Ассистент каф.ТМС ПНИПУ Абзаев Р.С.Ассистент каф.ТМС ПНИПУ Двинянинов С.А.

Научный руководитель Макаров В.Ф., профессор, д.т.н.

2012 г.

Современные проблемы и актуальность работы: 1. Широкое применение нового дорогостоящего

современного оборудования с ЧПУ и обрабатывающих центров с большими возможностями по проведению процесса.

2. Широкое использование тонкостенных деталей в конструкциях авиадвигателей и газотурбинных установок на их основе.

3. Проблемность осуществления и оптимизации процесса обработки тонкостенных деталей по причине отсутствия необходимых исследований по обработке данной группы деталей.

3

Проблема при фрезеровании наружного контура кольца: При фрезеровании паза, вследствие больших сил резания и низкой жесткости детали возникают вибрации, которые приводят к появлению дробления обрабатываемой поверхности, либо разрыву конструктивного элемента (ушка).

Данную проблему можно объяснить с точки зрения контактных явлений в зоне резания. Применяя труднообрабатываемые титановые и жаропрочные сплавы для деталей ГТД с большим содержанием карбидов, нитридов и карбо-нитридов в структуре материала, при фрезеровании фланцев концевыми фрезами возникают существенные окружные и радиальные силы резания. В свою очередь, главным образом радиальная составляющая Py, стимулирует отжим инструмента в процессе обработки от обрабатываемой поверхности, вызывая вибрации инструмента в зоне резания.

3

4

Двигатель ПС-90А

• -90 – ПС А российский турбореактивный авиационный 16 000 . двигатель мощностью кгс Устанавливается на

пассажирских самолетах-96-300, -96-400, -204-100, -204-300 -Ил Ил Ту Ту и транспортномИл

76МФ4

5

Обрабатываемая деталь:Обработка наружного контура кольца НА 1й подпорной ступени ТВД – фрезерование наружного контура

5

•Работа при повышенных температурах•Повышенные требования к качествуобрабатываемых поверхностей•Тяжело нагружена в процессе эксплуатации авиадвигателя•Высокие требования к точности обработки поверхностей

Материал ВТ-6Наружный диаметр Dн=1161ммДиаметр по дну паза Dп=1140ммКоличество пазов 154штТолщина стенки hс=2,8ммСнимаемый припуск 10,5 мм

6

Возможные пути решения проблемы:

- Двухпроходный способ (многопроходный), позволит решить поставленную задачу, но значительно увеличит время обработки и тем самым стоимость операции;

- Выбор таких параметров обработки (условий), при которых бы случаи брака были исключены, но потребовал значительного снижения режимов обработки, тем самым снижая производительность процесса, эффективность использования оборудования и режущего инструмента;

- Разработка технологического решения, позволяющего производить обработку на высоких режимах с низкой трудоемкостью, исключая случаи брака при обработке

7

Схема с предварительным врезанием:

7

11 arccos

d

d

R

l

21

22

)(arccos

dd

ddd

RR

Rhl

2

2

2

2

3

)(arccossin

)(arccossin

arcsin

df

ddfd

f

ddfd

lR

RhBRAL

R

RhBRAL

22

24

))((arcsin

dddd

d

RhBlAL

AL

Определение граничных углов участков:

Оптимизируется с целью уменьшения инивелирования (выравнивания) припуска вдоль обрабатываемого профиля детали

88

Определение глубины резания вдоль профиля паза по участкам:

2

2

22

21

2

cos

)(sin

2sin

1

cos

)(sin

2cos

cos

f

dddd

f

ddddd

ddd

R

lhRBLA

R

lhRBLAR

lhRBt

1

2

222

2

2

2

222

2

2

1)(

sin

1

1)(

cos

d

f

ddd

ddd

d

ddd

d

ddd

ddd

d

ddd

d

R

R

lhRBlhRB

LA

lhRB

LAatg

Rf

lhRBlhRB

LA

lhRB

LAarctgt

111 cos' d

dd R

lRMOt

fffd R

BARBARBARt

sinarcsincos(2

22222222

2

N-F F-G

G-P

P-H

99

Определение количества зубьев в контакте с деталью Nz по участкам профиля паза

N-F, F-G

G-P P-H

360

11 nNSNz

360

'1'1 nfSNz

360

'''1''1 nfSNz

n – количество зубьев фрезы

1010

Анализ изменения величины глубины резания t и количества зубьев в контакте с деталью Nz в зависимости от изменения параметров А и В и диаметра фрезы Df

График изменения глубины резани t от разных значений параметра А припостоянных параметра В и Df:1)А=-2мм;2)А=-1мм; 3)А=1мм

График изменения глубины резани t от разных значений параметра В припостоянных параметре А и Df:1)В=2,5мм;2)В=2мм; 3)В=0мм

График изменения глубины резани t от разных диаметров фрезы припостоянных параметрах А и В:1)Df=12мм;2)Df=14мм; 3)Df=15мм

График изменения количества зубьев в контакте с деталью Nzот разных значений параметра А припостоянных параметра В и Df:1)А=-1мм;2)А=1мм; 3)А=2мм

График изменения количества зубьев в контакте с деталью Nzот разных значений параметра В припостоянных параметре А и Df:1)В=2мм;2)В=1мм; 3)В=0мм

График изменения количества зубьев в контакте Nzот разный диаметров фрез при постоянных параметрах А и В:1)Df=10мм; 2)Df=11мм; 3)Df=12мм

11

052,0052,01

1

1

1111

sinsin

K

Z

Xp

Z B

NzEcba

P

sinsinsin

08,375,2 2,185,02

2

1

2211

BBK

Z

Xp

YB

NzEcba

P

cossinsin 17,019,03

3

1

33

11

K

Z

X

pX B

NzEc

baP

Анализ возникающих сил резания по методу В.Ф.Безъязычного:

Выбранный метод позволяет определитьсоставляющие силы резания с наибольшейточностью, т.к. включает максимальноеколичество факторов, влияющих на про-цесс обработки.В том числе физические и механические свойства обрабатываемого и инструменталь-ного материалов, геометрию РИ, условия ирежимы обработки.

Коэффициент Nz отражает какая доля от единичной силы (силы, возникающий от воздействия на обрабатываемый материал одним зубом фрезы) оказывает свое влияние в рассматриваемой точке профиля паза.

1212

Принятая схема обработки:

Изменение глубины резания t вдоль профиля паза

Изменение количества зубьев в контакте с детальювдоль профиля паза

Графики изменения составляющих сил резаниявдоль профиля паза: 1)без врезания; 2)с областью предварительного врезания

1313

Результаты производственных испытаний и выводы

• износ по задней поверхности зубьев составляет 0,15-0,20 мм• точность и качество обработанной поверхности соответствует ТУ (Ra=2,3 мкм)• обработка детали с предварительным врезанием на 30-40% производительнеепо сравнению с двухпроходным способом (17,7 мин и 23 мин)• стойкость фрезы в 1,5-2 раза выше при обработке с предварительным врезанием(~150 мин и ~92 мин)

Выводы:• Применение схемы с предварительным врезанием решило проблему с дефектами обрабатываемой поверхности и неудовлетворяющей ТУ шероховатостью• Применение данного решения позволяет повысить стойкость инструмента и производительность процесса• Согласно полученным результатам контроля качества обработанных поверхностей,погрешность расчетов с помощью оптимизационной модели не превышает 15%

1414

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ

Двинянинов Сергей