Разработка и исследование методов повышения качества прецизионных оболочковых деталей

В настоящее время возникла настоятельная тенденция к увеличению числа оболочковых деталей в конструкциях. Оболочковые детали, обеспечивая высокую прочность и плотность компоновки, находят широкое применение в самых разных отраслях промышленности и, что особенно важно, в ответственном машиностроении: самолетои ракетостроении, криогенной технике и холодильных установках, космических и военно — промышленных разработках.

Одновременно с увеличением количества тонкостенных конструкций повышаются и технические требования к ним: точность формы и взаимного расположения поверхностей, точность размеров. Выполнение этих требований в ряде случаев вызывает технологические трудности, связанные с низкой жесткостью оболочковых деталей, которые необходимо решать.

Ужесточение требований к точности оболочковых деталей приводит к тому, что допуски на различные геометрические параметры достигают микрометров и долей микрометра и переводят деталь в разряд прецизионных. Для таких деталей важны все этапы изготовления, и законы технологической наследственности играют важную роль при разработке технологического процесса. Вопросами технологической наследственности занимались A.M. Дальский, А. Г. Колесников, А. М. Дмитриев, А. С. Васильев, Б. М. Базров, Ю. А. Шачнев, А. И. Кондаков, П. И. Ящерицын, Э. В. Рыжов, А. Г. Суслов и другие ученые.

Наследственные связи как повышают, так и понижают показатели качества, поэтому важно на каждом этапе изготовления прецизионных оболочковых деталей учитывать их влияние на характеристики детали. Явление технологической наследственности позволяет формировать оптимальные технологические среды и изменять свойства предмета производства в желаемом направлении, в том числе, и на жизненный цикл [5]. Одним из важнейших факторов, который влияет на качество деталей при их изготовлении, является сила закрепления заготовки в технологическом приспособлении. Значимость этого фактора для качества детали отмечалась еще в работах основоположников технологии машиностроения В. М. Кована, А. Б. Яхина, B.C. Корсакова, А. П. Соколовского.

Основное противоречие между процессом закрепления прецизионных оболочковых заготовок и качеством детали состоит в том, что закрепление происходит в условиях низкой жесткости заготовки. Силы закрепления для любого технологического воздействия деформируют заготовку перед механической обработкой, сборкой или контролем и вызывают погрешности. Эти погрешности формы в ряде случаев превышают допуски даже на элементы деталей нормальной точности.

Решение проблемы закрепления таких заготовок требует исследований в области технологической оснастки. Для оболочковых заготовок применяют приспособления с распределенными силами. Большая часть приспособлений для закрепления оболочковых заготовок ориентированы на равномерное распределение сил закрепления или стремящиеся к нему (множественность точек приложения силы). Считается, что равномерно распределенные силы вызывают равномерную деформацию оболочковой поверхности. Однако практика изготовления прецизионных оболочковых деталей показывает, что при равномерной нагрузке типичной является погрешность, связанная с краевым эффектом.

Встречаются детали с техническим требованиями на изготовление заданного отклонения формы оболочковой поверхности. Выполнение этих требований возможно путем создания преднамеренных искажений. Суть преднамеренных искажений состоит в создании сил закрепления, распределенных по заданному закону. В настоящее время существуют работы в области технологии машиностроения, связанные с заданным неравномерным распределением сил закрепления. Но оснастка, обеспечивающая любой заданный закон распределения, при закреплении заготовок еще не применяется на производстве и выполнение таких требований вызывает трудности. Явления, связанные с преднамеренными искажениями, рассматривались в работах Ш. М. Билика, A.M. Дальского, М. П. Новикова и других ученых.

В прецизионном машиностроении встречаются конструкции, где требуется изготовление деталей со специальным заданным отклонением профиля продольного сечения. Эти отклонения сравнимы с величиной погрешности формы. Выполнение таких технических требований так же может быть реализовано созданием технологической оснастки с заданным распределением сил закрепления.

Методической базой исследования послужили работы С. П. Тимошенко и С. В. Бояршинова в области теории тонкостенных оболочек. Объект исследования — явление возникновения погрешности формы прецизионных оболочковых заготовок при закреплении для технологического воздействия. Предметом исследования является качество прецизионных оболочковых деталей по параметру отклонения формы.

В работе использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические задачи решались с применением научных основ технологии машиностроения, общей теории цилиндрических оболочек и теории теплопроводности с элементами дифференциального и интегрального исчисления. Экспериментальные исследования проводились на разработанной оснастке с тепловым способом закрепления. Обработка данных экспериментов проводилась при помощи стандартной программы Microsoft Excel с использованием элементов математической статистики.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований могут быть использованы при разработке технологического процесса изготовления оболочковых деталей. Расчет погрешности формы оболочковой поверхности при закреплении, рекомендации к расчету термооснастки и созданию любого заданного закона распределения сил закрепления являются важным этапом при изготовлении прецизионных оболочковых деталей.

Научной новизной работы являются: 1). Установление связи между законом распределения сил закрепления и погрешностью формы оболочковой заготовки.

2). Разработка метода создания сил закрепления тепловым способом с распределением по заданному закону.

3). Теоретическое и экспериментальное определение зависимостей для расчета термооснастки.

Практической ценностью работы являются:

1). Возможность уменьшать погрешность формы при закреплении оболочковых заготовок по сравнению с закреплением равномерно распределенными силами.

2). Создание любого заданного закона распределения сил закрепления.

3). Создание заданного отклонения формы оболочковой поверхности путем преднамеренного искажения обрабатываемой поверхности на этапе закрепления для технологического воздействия.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. При закреплении прецизионных оболочковых заготовок и деталей равномерно распределенными силами оценка точности должна производится методом определения величины погрешности формы вблизи краев, фланцев, отверстий, вырезов и других конструктивных элементов.

2. Величину погрешности формы обрабатываемой оболочковой поверхности от равномерно распределенных сил закрепления следует определять по полученным зависимостям. Расчет погрешности формы позволяет определить необходимость применения специальной оснастки для уменьшения величины этой погрешности.

3. Определено, что величину погрешности формы при тепловом способе создания сил закрепления следует определять по полученным зависимостям, которые связывают температуру заготовки с величиной силы закрепления.

4. Применение термооснастки целесообразно для создания сил закрепления по любому заданному закону распределения и уменьшения погрешности формы оболочковых изделий.

5. Параметры технологической оснастки следует определять на основе зависимостей, связывающих технологическое время, силы закрепления и температуру обрабатываемой поверхности.

6. Разработана методика общей компоновки термооснастки для механической обработки, сборки и контроля.

7. Перспективой дальнейшего развития конструкции и использования термооснастки является создание образцов со встроенными малогабаритными аккумуляторными батареями.