Исследование влияния межоперационного припуска под термическую обработку на точность изготовления каркасных деталей летательных аппаратов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.02, кандидат наук Бачурин Александр Сергеевич

• Бачурин Александр Сергеевич
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Бачурин Александр Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Переплёт фонаря как элемент конструкции летательного аппарата

1.2 Технологический процесс изготовления авиационных деталей на станках ЧПУ

1.3 Обработка алюминиевых сплавов резанием и термообработка

1.4 Причины возникновения остаточных закалочных напряжений и деформаций, их влияние на последующие технологические операции

1.5 Методы определения остаточных напряжений

1.6 Выводы

ГЛАВА 2 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНЫХ ЗАКАЛОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ В ДЕТАЛЯХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

2.1 Общие принципы и положения моделирования процесса закалки

2.2 Закалка стержня, оценка влияния направления погружения на остаточные деформации

2.3 Моделирование закалки сечения заготовки детали летательного аппарата с различным припуском

2.4 Критерий сопротивляемости заготовки короблению при закалке (Ру)

2.5 Методика определения величины припуска под закалку для крупногабаритных каркасных деталей ЛА

2.6 Выводы

ГЛАВА 3 РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ПРОИЗВОДСТВЕ

3.1 Технологический процесс механической обработки рамы переплета фонаря

3.2 Закалка заготовки рамы переплёта фонаря

3.3 Результаты изменения технологического процесса изготовления рамы переплета фонаря

3.4 Выводы

Заключение

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование влияния межоперационного припуска под термическую обработку на точность изготовления каркасных деталей летательных аппаратов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Требования к современным летательным аппаратам (ЛА) постоянно возрастают. Реальность диктует необходимость снижения массы, повышения ресурса и экономичности ЛА. Снижение массы достигается применением цельнофрезерованных деталей в местах внесения неоднородности в конструкцию кессона, полумонокока и монокока. Примером внесения такой неоднородности может служить применение цельнофрезерованных деталей в конструкции фонаря кабины пилотов. Повышение же экономичности достигается, в том числе, и снижением аэродинамического сопротивления, в особенности, носового отсека (кабины пилотов). Таким образом, кабина экипажа должна быть наиболее совершенна как с точки зрения аэродинамики, так и с точки зрения конструкции и прочности ЛА. Все это приводит к усложнению производства элементов конструкции кабины пилотов. Наиболее сложным элементом конструкции кабины пилотов является переплет фонаря. Силовая конструкция переплета фонаря должна обеспечивать достаточную жесткость, так как остекление не должно воспринимать дополнительных нагрузок и должно перераспределять нагрузки на монокок фюзеляжа. Фонарь не должен быть перетяжелен и должен следовать идеологии снижению массы конструкции. Его форма, а вернее аэродинамические обводы должны обеспечивать минимальное аэродинамическое сопротивление. Все это приводит к чрезвычайному усложнению геометрии деталей фонаря. На современных ЛА детали фонаря выполняются каркасными и цельнофрезерованными, с максимальным габаритом для снижения количества деталей в оплетке фонаря.

Современное механообрабатывающее оборудование на предприятиях авиационной отрасли позволяет изготавливать крупногабаритные каркасные детали, а металлургическая промышленность в состоянии обеспечить производство заготовок необходимых размеров. Современный уровень механообрабатывающего оборудования позволяет проводить обработку резанием с точностью до ±0,001 мм, что обеспечивает покрытие всего диапазона возможных отклонений, разрешенных при производстве деталей ЛА.

Однако остается острой проблема обеспечения точности изготовления крупногабаритных цельнофрезерованных каркасных деталей сложной геометрической формы. Нередки случаи, когда полностью готовая деталь, прошедшая все циклы изготовления, признается не годной для сборочного производства ввиду значительных отклонений от требуемой геометрии.

Причина, по которой детали после изготовления на столь точном оборудовании оказываются вне допуска, - остаточные напряжения, возникшие в ходе производства. Каждый этап производства вносит изменения в поле напряжений заготовки и, как следствие, детали. При производстве крупногабаритных каркасных деталей ЛА заготовка проходит множество операций механической обработки резанием, между которыми зачастую присутствует термическая обработка. Это обусловлено невозможностью термообработки заготовки больших размеров, так как материал имеет ограничение глубины прокаливаемости. Заготовка под термообработку предварительно вырезается из крупногабаритной поковки с припуском, величина которого должна позволить прокалить заготовку на всю глубину.

Термическая обработка применяется для улучшения механических свойств материала. Закалка, как вид термообработки, характеризуется быстрым процессом охлаждения и, как следствие, большим перепадом температуры внутри заготовки, приводящим к накоплению внутренних остаточных напряжений.

Закалочные напряжения оказывают влияние на точность последующих операций обработки резанием. Механическая обработка резанием сопровождается снятием слоёв материала и нарушением равновесного напряженно-деформированного состояния заготовки, что приводит к отклонению обработанной детали от желаемой геометрии.

Операции механической обработки резанием, предшествующие закалке, снимают черновой припуск и оставляют межоперационный припуск определенной величины. На производстве, обычно, межоперационный припуск соответствует таким размерам заготовки, при которых становится возможной закалка на полную глубину материала. Технолог, назначая межоперационный припуск,

руководствуется желанием оставить как можно больше материала, чтобы иметь возможность вписать деталь в заготовку, поменявшую свою форму в виду наличия остаточных закалочных напряжений. Риск не вписать деталь в заготовку существует не только после термической обработки, но и при завершении одной фрезерной операции и переходе к другой.

У инженера-технолога нет методических указаний по выбору величины межоперационного припуска с целью снижения коробления. Определение величины припуска осуществляется опытным путем и ведет к увеличению издержек производства и браку.

Таким образом, возникает проблема необходимости снижения, как коробления, так и остаточных закалочных напряжений, провоцирующих изменение геометрии детали после механической обработки. Это является важной задачей для повышения точности производства крупногабаритных каркасных деталей ЛА, так как непосредственно влияет на их качество и стоимость.

Степень разработанности. Первым метод выбора припуска наиболее подробно описал профессор Кован В.М. Как отмечает сам автор, методы определения припусков направлены, прежде всего, на экономию материала, и рассматриваются детали достаточно высокой жесткости. Наиболее подробное описание правки и изогнутости приводится для валов. Описание деталей сложной геометрической формы и, тем более, из алюминиевых сплавов, представлены слабо или полностью отсутствуют. Подобно описанию В.М. Кован, определения припуска приводит коллектив авторов под общей редакцией Косиловой А.Г. и Мещерякова Р.К., расширяя метод на детали, получаемые электроэрозионной обработкой и литьем. Авторы Радкевич Я.М., Схиртладзе А.Г., Островский М.С. под общим руководством Тимирязева В.А. излагают современные методы, на 2004-й год, расчета припусков и межпереходных размеров при изготовлении корпусов, валов, шестерен, рычагов, ходовых винтов, шлицевых валов деталей с направляющими и т.п. Авторы Харламов Г.А. и Тарапанов А.С. в общем случае разделяют метод определения припуска на: расчетно-аналитический метод и опытно-статистический.

Однако все озвученные авторы описывают тела простой формы (в основном тела вращения - валы, реже описываются отливки различной формы) и в процессе механической обработки рассчитывают припуски для переходов, не уделяя должного внимания межоперационным припускам и особенностям предыдущих операций, влияющим на выбор припуска.

За последние двадцать лет появился ряд работ посвященных прогнозированию остаточных деформаций при производстве маложестких деталей летательных аппаратов. Так диссертационные работы Лившица А.В. «Прогнозирование локальных остаточных деформаций при проектировании технологического процесса изготовления маложестких деталей» и Александрова А.А. «Моделирование термических остаточных напряжения при производстве маложестких деталей» посвящены вопросам технологической наследственности, влияющей на точность изготовления деталей типа панель, а также вопросам влияния закалки листовых заготовок на последующие этапы производства. В таком же ключе рассматриваются вопросы технологической наследственности автором Ботвенко С.И., выпустившим ряд статей, а также книгу «Технологические остаточные напряжения и деформации». Хотя данные авторы и упоминают о наличии припуска под термическую обработку, однако не акцентируются на нем и не представляют методик по его расчету.

Наибольший интерес из современных работ представляют работы Каргопольцева С.К., выпустившего ряд статей и написавшего диссертацию на тему: «Управление деформированным состоянием маложестких деталей типа пластин с подкреплением на основе его прогнозирования при проектировании технологического процесса». Данный автор среди прочего рассматривает вопрос пространственного размещения детали в заготовке с варьированием формы заготовки. Так или иначе, это можно рассмотреть как вопрос назначения различного по величине припуска на различные поверхности детали. Автор отмечает, что наиболее благоприятным является тот случай, когда главные оси инерции сечения детали совпадают с главными осями инерции заготовки. Что можно рассматривать как назначение величины припуска по эквидистанте только

в случае схожести формы сечения заготовки с сечением детали, поскольку Каргопольцев С.К также рассматривает заготовки с прямоугольным сечением, в которых возможно совпадение главных осей инерции сечения заготовки и детали. В этой работе не встречается расчет величины припуска, а рассматриваемые детали можно классифицировать как панель. Стоит отметить перспективность исследования и применимость опыта полученных на одном типе деталей к деталях другого характера, ввиду результатов имеющих общую направленность в части технологической наследственности.

Целью диссертационной работы является исследование влияния величины межоперационного припуска под закалку на уровень коробления крупногабаритных заготовок и точность деталей производимых из них.

Задачи исследования:

- исследовать факторы, влияющие на возникновение коробления при закалке.

- исследовать влияние процессов термической обработки на последующие операции механической обработки резанием при изготовлении крупногабаритных каркасных деталей летательных аппаратов.

- определить технологические рекомендации по снижению поводок после закалки и снижению коробления закаленных деталей после операций механической обработки.

Научная новизна:

1 Разработан критерий сопротивляемости заготовки короблению при закалке (Ру), отражающий способность заготовок каркасных деталей летательных аппаратов противостоять возникновению коробления при закалке в зависимости от назначенного припуска.

2 Разработана методика выбора величины припуска на каркасные детали летательных аппаратов под термическую обработку, основанная на критерии сопротивляемости заготовки короблению при закалке (Ру).

3 Определено влияние величины припуска под термическую обработку на точность изготовления геометрически сложных деталей летательных аппаратов проходящих этап закалки между операциями механической обработки.

Теоретическая значимость диссертации заключается в разработке методики определения величины межоперационного припуска под закалку для каркасных крупногабаритных авиационных деталей с учетом склонности их заготовки к короблению. Разработка показателя склонности к короблению заготовок крупногабаритных каркасных деталей в зависимости от величины припуска и направления погружения заготовки детали в закалочную среду.

Практическая значимость работы.

1 Составлены рекомендации по выбору припуска под закалку для крупногабаритных каркасных деталей летательных аппаратов, подвергаемых в дальнейшем механической обработке.

2 Выявлена взаимосвязь уровня деформаций детали с направлением погружения. Определены предпочтительные направления погружения в закалочную среду крупногабаритных деталей сложной геометрии.

3 Разработана процедура для конечно-элементного пакета ANSYS, позволяющая моделировать процесс погружения детали в закалочную среду.

Методология и методы исследования. Использовались теоретические и экспериментальные методы по исследованию процессов коробления при термической обработке.

Теоретическое исследование выполнялось с помощью математического моделирования закалочных напряжений и деформаций. Поведение материала каркасных деталей ЛА при закалке описывалось моделью течения материала с билинейным изотропным упрочнением для которого справедливы уравнения Прандтля - Рейсса и условия пластичности Губера - Мизеса. Использовались программные продукты: математический пакет Mathcad, конечно-элементный пакет ANSYS Academic Research Mechanical and CFD (далее ANSYS).

Экспериментальные исследования по закалке каркасных деталей ЛА проводились в лабораторной электрической печи камерного типа СНОЛ-

1,6.2,5.1/11-И3 и в печи для крупногабаритных деталей расположенной на территории филиала ПАО «Компания «Сухой» «НАЗ им. В.П. Чкалова» в г. Новосибирске. Измерения закалочных поводок выполнялись на машине трехкоординатной измерительной ACCURA™ фирмы "Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH" и на микроскопе измерительном Nikon MM-400.

Положения, выносимые на защиту:

1 Критерий сопротивляемости заготовки короблению при закалке (Pv).

2 Методика расчета величины припуска на каркасные крупногабаритные детали под закалку, исходя из критерия сопротивляемости заготовок короблению

(Pv).

3 Повышение точности изготовления каркасных деталей летательных аппаратов, проходящих закалку между операциями механической обработки, путем определения припуска под закалку согласно предлагаемой методике.

Достоверность полученных результатов подтверждается использованием фундаментальных принципов теории термодинамики, сравнением результатов математического моделирования с результатами экспериментов, проведенных с использованием средств измерения имеющих свидетельства о поверке, а так же с использованием аттестованного промышленного оборудования.

Апробация результатов диссертации. Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях:

- Научно-технических конференциях «Дни науки НГТУ-2009» и «Дни науки НГТУ-2010» по секции «Производство и эксплуатация летательных аппаратов» (г. Новосибирск, 19 марта 2009 г. и 23 марта 2010 г.);

- «Дни науки НГТУ-2012» и «Дни науки НГТУ-2013» на пленарных заседаниях (г. Новосибирск, 12 марта 2012 г. и 14 марта 2013 г.);

- Новосибирской внутривузовской научно-технической конференции магистрантов и аспирантов на иностранных языках «Инновационные технологии Сибири» (г. Новосибирск, 7 апреля 2011 г.);

- XII Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона», посвященной 50-летию полета Ю.А. Гагарина в космос (г. Новосибирск, 20-22 апреля 2011 г.);

- XIII Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона», посвященной 200-летию Бородинской битвы (г. Новосибирск, 18-20 апреля 2012 г.);

- Он-лайн совещании ОАО «ОАК» с опорными ВУЗами по перспективным НИОКР в области авиационной промышленности (Москва-Новосибирск, 3 октября 2013 г.);

- VII Международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения» (г. Томск, 2013 г.);

- XII Международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения» (г. Томск, 2019 г.);

- II International Scientific Conference on Advanced Technologies in Aerospace, Mechanical and Automation Engineering - MIST: Aerospace - 2019 in November 18-21, 2019 in Krasnoyarsk, Russia.

Публикации: основное содержание диссертации отражено в 16-ти статьях. Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК.

1 Бачурин, А. С. Влияние величины припуска на остаточные закалочные напряжения деталей самолета [Текст] / А.С. Бачурин, К.Н. Бобин, К.А. Матвеев, Н.А. Рынгач, Н.В. Курлаев // Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). - 2013. - № 3. - С. 31-35. (Перечень ВАК)

2 Бачурин, А. С. Численное моделирование процесса закалки алюминиевых деталей [Текст] / А.С. Бачурин, К.Н. Бобин, К.А. Матвеев, Н.А. Рынгач, Н.В. Курлаев // Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). - 2013. - № 3. - С. 94-97. (Перечень ВАК)

3 Бачурин, А. С. Влияние закалки на остаточные деформации деталей летательных аппаратов из алюминиевых сплавов [Текст] / А.С. Бачурин, К.Н. Бобин, К.А. Матвеев, Н.В. Курлаев // Вестник СибГАУ. - 2013. - № 3. - С. 119-123. (Перечень ВАК)

4 Бачурин, А. С. Численное моделирование влияния припуска на величину остаточных напряжений в деталях летательных аппаратов после закалки [Текст] / А.С. Бачурин, К.Н. Бобин, К.А. Матвеев, Н.В. Курлаев // Вестник СибГАУ. - 2013. - № 3. - С. 123-128. (Перечень ВАК)

5 Бачурин, А. С. Математическая модель процесса закалки деталей [Текст] / А.С. Бачурин, И.А. Осипов, А.Б. Гулидов, К.Н. Бобин, Н.А. Рынгач, Н.В. Курлаев // Авиационная промышленность. - 2014. - № 3. - С. 43. (Перечень ВАК).

6 Бачурин, А. С. Оптимизация технологического припуска с учетом остаточных напряжений деталей [Текст] / А.С. Бачурин, Д.М. Петров, К.Н. Бобин, Н.А. Рынгач, Н.В. Курлаев // Авиационная промышленность. - 2015. - № 2. - С. 14. (Перечень ВАК).

Публикации включённые в базу цитирования Scopus.

7 Bachurin, A. S. On the choice of in-process allowance for hardening [Text]/ A. S. Bachurin, N. V. Kurlaev // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering.- 2020. - Vol. Vol. 734: - Art. 012010. - DOI: 10.1088/1757-899X/734/1/0120106. (Scopus)

Публикации в других изданиях.

8 Bachurin, A. S. Analysis of Residual Thermal Stresses in Composite Materials [Text] / A.S. Bachurin // Graduate and Postgraduate students scientific conference «Siberian Innovative Technologies». - Novosibirsk: NSTU, 2011. - P. 1011.

9 Бачурин, А. С. Анализ остаточных термических напряжений в композиционном материале методом конечных элементов [Текст] / А.С. Бачурин, Е.Г. Подружин // Труды XII Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона». - Новосибирск: НГТУ, 2011. - С. 493-498.

10 Бачурин, А. С. Оценка точности решения нестационарных тепловых задач и расчет процесса закалки с постепенным погружением в закалочную среду методом конечных элементов [Текст] / А.С. Бачурин, Н.В. Курлаев, А.Ю. Слюняев // Труды XIII Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона». - Новосибирск: НГТУ, 2012. - С. 64-68

11 Бачурин, А. С. Влияние технологического припуска на остаточные напряжения деталей самолета [Текст] / А.С. Бачурин, К.А. Матвеев, Н.В. Курлаев // VII Международная научно-техническая конференция «Современные проблемы машиностроения». - Томск: ТПУ, 2013. - С. 279-280.

12 Гумбатова, С. А. Рационализация технологического процесса изготовления переплета фонаря кабины самолёта SSJ-100 [Текст] / С.А. Гумбатова, А.С. Бачурин, Н.В. Курлаев // VII Международная научно-техническая конференция «Современные проблемы машиностроения». - Томск: ТПУ, 2013. -С. 281-282.

13 Osipov, I. Numerical simulation of parts quenching deformation [Text] / I. Osipov, A. Bachurin, N. Kurlayev // Applied Mechanics and Materials. - 2015. - Vol. 698 : Electrical Engineering, Energy, Mechanical Engineering, EEM 2014. - P. 487-490.

14 Pavlushenko, N. Relationship between quenching deformations and machining allowance [Text] / N. Pavlushenko, A. Bachurin, N. Ryngach // Applied Mechanics and Materials. - 2015. - Vol. 698: Electrical Engineering, Energy, Mechanical Engineering, EEM 2014. - P. 478-481. - DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.698.478

15 Бобин, К. Н. Повышение точности изготовления деталей летательных аппаратов [Текст] / К.Н. Бобин, М.Б. Детинов, Н.В. Курлаев, А.С. Бачурин //«Научные вести». - 2019. - № 10 (15). - С. 77-85.

16 Бачурин, А. С. Моделирование припусков для автоматизированной механообработки деталей сложной формы [Текст] / А.С. Бачурин, Н.В Курлаев // В сб.: Современные проблемы машиностроения. Труды XII Международной научно-технической конференции. Под редакцией А.Ю. Арляпова. - Томск: Издательство НИТПУ, 2019. - С. 136-140.

Личный вклад соискателя. Автор, совместно с научным руководителем, участвовал в постановке задач исследования, формулировке положений и выводов, выносимых на защиту, написании статей по теме исследования и проведении экспериментальных работ. Автор лично участвовал в постановке и решении задачи математического моделирования процесса закалки, в проведении работ на

производственной базе филиала ПАО «Компания «Сухой» «НАЗ им. В.П. Чкалова» по внедрению разработанной методики расчета межоперационного припуска и принимал участие в изменении и разработке новых технологических процессов вызванных внедрением разработанной методики с целью повышения точности изготовления деталей ЛА.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3-х глав и заключения в совокупности изложенных на 95-ти страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка, 3 таблицы и одно приложение. Список литературы включает 93 наименования.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Переплёт фонаря как элемент конструкции летательного аппарата

Объектом сопряжения системы экипаж - ЛА является кабина, и от её надёжности и эргономичности зависит безопасность полёта в целом [1,2]. На технические решения при проектировании кабины экипажа оказывают влияние следующие факторы: проектно-конструктивное, технологическое, а также эргономическое совершенство. Зачастую эти факторы предъявляют противоречивые требования. И потому проектной организации в целом и каждому конструктору в частности приходится находить компромисс между обеспечением максимального обзора из кабины, минимального аэродинамического сопротивления, минимальной массы и максимальной технологичности.

Важным является требование минимального аэродинамического сопротивления, продиктованное как снижением требуемой мощности для его преодоления, так и снижением аэродинамических нагрузок [3]. Повышенное аэродинамическое сопротивление приводит к излишним затратам на техническую эксплуатацию ЛА, снижению рентабельности его использования. Аэродинамические силы, действующие на поверхность фюзеляжа в виде разряжения или давления, в отдельных местах (фонарь, носовая часть) могут достигать значительной величины - 7000 кгс/м2 [4].

Форма носовой части фюзеляжа сильно подвержена влиянию компоновки и условиям будущей эксплуатации самолёта. В виду расположения пилотов в носовой части, а по требованиям компоновки необходимо обеспечить хороший обзор из кабины, носовую часть фюзеляжа приходится выполнять несимметричной (вид сбоку, рисунок 1.1) [2].

Рисунок 1.1 - Примеры несимметричных носовых частей фюзеляжа

Наиболее важным элементом с точки зрения эргономики и компоновки служебной кабины является такое размещение пилотов которое обеспечит наилучший обзор.

Аэродинамические обводы двойной кривизны, наиболее выгодные в аэродинамическом отношении, негативно сказываются на обзоре из-за оптических искажений. Поверхности одинарной кривизны дают меньше искажений, а наилучшими являются плоские поверхности остекления. Обзор зависит не только от формы остекления, но и геометрических размеров поперечных сечений каркаса (рамы переплёта фонаря) - чем они меньше, тем лучше обзор. Также одна из боковых панелей фонаря должна быть открывающейся или сдвигающейся для переговоров на старте. Поверхности двойной кривизны затрудняют устройство направляющих для сдвига подвижной части фонаря назад и откидывания её в сторону [3].

Если сравнивать фонари самолётов, спроектированных до 1990-го года (рисунок 1.2 г, д) и после (рисунок 1.2 б, в), то можно заметить переход от плоского остекления к остеклению одинарной кривизны. При проектировании конструкторы максимально "вписывают" аэродинамические обводы фонаря кабины экипажа в обводы фюзеляжа, делая переход от носового обтекателя к фонарю и от фонаря к фюзеляжу максимально аэродинамически совершенными. Подобная тенденция сохраняется и для вновь проектируемых самолетов, таких как МС-21 (рисунок 1.2 а).

в г д

а) МС-21; б) SSJ-100; в) Boeing-787; г) Воа^-757-200; д) Airbus-320 Рисунок 1.2 - Фонари (кокпит) пассажирских самолётов разных периодов проектирования

Применение фонарей с одинарной кривизной поверхности остекления положительно сказывается на снижении аэродинамического сопротивления [3], что повышает экономичность ЛА. Однако, это приводит к повышенной геометрической сложности рамы переплёта фонаря, и в случае применения большого количества крепежа выигрыш в массе может быть потерян. Применение монолитных конструкций снижает количество концентраторов напряжений, позволяет снизить вес на 10-20%, что оправдывает увеличение стоимости конструкции. Поэтому рамы стараются выполнять из минимального количества деталей. Это приводит к увеличению размеров единичной детали. Переплет фонаря самолетов семейства собирается из 2-х боковых рам, одной центральной стойки переплёта фонаря и 4-х балок (рисунок 1.3).

1) боковая рама переплёта; 2) центральная стойка; 3) балки переплёта Рисунок 1.3 - Переплёт фонаря SSJ-100

Фонари самолётов испытывают значительные нагрузки: нагрузки от набегающего потока (аэродинамические); от разности давления внутри кабины и за бортом; тепловые нагрузки (температура за бортом до -60°С, внутри кабины +20°С; перегрузки. Повышенные требования прочности (коэффициент запаса прочности к раме переплета фонаря 1=3), аэродинамики, жесткости и т.д. диктуют необходимость высокой точности изготовления деталей [5,6].

Производство крупногабаритных деталей большой геометрической сложности (детали содержащие поверхности одинарной, двойной кривизны, множество подкрепляющих элементов и т.п.) с высокой точностью представляет собой сложную техническую задачу. Требования к точности производства рамы переплета фонаря определяются требованиями установки стекол. Например для самолетов семейства необходимо обеспечить зазоры между рамой и стеклом порядка 1-3 мм (компенсационные зазоры А и Б, рисунок 1.4) и обеспечить прилегание к раме с зазором 0,3-2,3 мм (размер В, рисунок 1.4). Аналогичные требования предъявляются к зазорам по прилеганию форточки к переплёту рамы фонаря при запирании.

Рисунок 1.4. Типовое сечение при установке стекол в переплёт фонаря

Таким образом, к переплёту фонаря предъявляется набор требований, обуславливающих его высокую конструктивную сложность и повышенную сложность при производстве.

1.2 Технологический процесс изготовления авиационных деталей на станках

ЧПУ

Производство летательных аппаратов является высокотехнологичным процессом, требующим обеспечения высочайшего качества каждого компонента оборудования и каждой детали конструкции планера [7]. Растущие требования в области обеспечения высокого ресурса планера ЛА ведут к увеличению количества деталей, выполненных при помощи станков с числовым программным управлением (ЧПУ) [8]. Обработка на станках с ЧПУ производится при помощи резания. Обработка резанием является обработкой, заключающейся в образовании новых поверхностей отделением поверхностных слоев материала с образованием стружки. Образование поверхностей согласно ГОСТ 3.1109-82 сопровождается деформированием и разрушением поверхностных слоев материала.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Бачурин Александр Сергеевич, 2021 год

/ \

/ \

/ ( \ \

10 20 30 40 50 60 70 60 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

Длина образца (им)

б

а

в

г

Рисунок 2.11 - Изменение перемещений по длине образца

Несмотря на сходство качественной картины распределения остаточных напряжений и их значений, для обоих вариантов расчета, перемещения, возникшие в бруске, существенно различаются (рисунок 2.11 Рисунок ).

Это объясняется различными осевыми моментами инерции сечения. Так главные моменты инерции, для сечения рассматриваемого бруска, отличаются более чем в 5 раз, Jx=103381,5 мм4 и Jy=19926 мм4 соответственно (рисунок 2.12), что очевидно и объясняет разницу в величине коробления.

Очевидным является необходимость учета геометрии заготовки или детали при выборе направления погружения в закалочную среду. Так длинномерные детали типа вал (ось), штифт и т.п. рекомендуют погружать вдоль осевой линии (наибольшей, если тело имеет несколько осевых линий). В общем случае можно сказать, что тела вращения должны погружаться вдоль оси вращения. Для деталей сложной геометрии подобной рекомендации нет, и все определяется экспериментальным путем. Исходя из полученных результатов, можно рекомендовать погружать сложные детали вдоль оси перпендикулярной оси, относительно которой сечение закаливаемого тела имеет набольший осевой момент.

2.2 Закалка стержня, оценка влияния направления погружения на

Для оценки описанных выше принципов моделирования и верности сделанных допущений, а также оценки степени влияния на остаточные деформации

18

Рисунок 2.12 - Сечение образца с главными осями инерции

остаточные деформации

процесса закалки проводился эксперимент по закаливанию прямоугольных брусков выполненных из сплава АК6. Бруски были выполнены на станках с ЧПУ, эскиз брусков представлен на рисунках 2.6 и 2.13.

Эксперимент проводился в двух вариантах с различными направлениями погружения в закалочную среду: 1) погружение вдоль стороны А=18 мм; 2) погружение вдоль стороны Н=41 мм (размеры образцов даны на рисунках 2.6 и 2.12)

Для проведения эксперимента на поверхность образца, вдоль которой осуществлялось погружение, наносилась делительная сетка (рисунок 2.13).

-

Й

Рисунок 2.13 -Общий вид образцов с нанесенной делительной сеткой

Посредством измерения координат точек пересечения линий сетки до и после закалки, происходила оценка изменения формы бруска, возникшая в результате закалки. С каждого образца получали 70 характерных точек для случая погружения вдоль стороны Н и 40 точек для образцов с погружением вдоль стороны А.

После проведения закалки повторное измерение координат точек производилось в течение первых шести часов. Это необходимое условие для недопущения влияния эффекта старения и ползучести, на результаты эксперимента.

Далее строились зависимости значений перемещений от длины образца для обоих вариантов эксперимента. Эти зависимости, аппроксимированные сплайном, сравнивались с расчетными данными. Изменения координат точек вдоль стороны L образца принимались незначительными, и рассматривались изменения положения точек вдоль стороны H и A, для оценки величины коробления (прогиба) бруска в целом. Сравнение экспериментальных данных с моделированием приведено на рисунке 2.14.

Для каждой точки сетки рассчитывалась относительная погрешность моделирования по сравнению с осредненными данными экспериментов. Полученное распределение изменения относительной погрешности по линии точек представлено на рисунке 2.15.

Рисунок 2.14 - Сравнение экспериментальных и расчетных данных

0 я

а "

г»

1 10

\ --а =18мм № а — Я=41мм№ 2 /

\ /

> ч _ N N. _ * г ' ё • ^

Ч ■ V > у

к:.-

10 10 30 40 50 60 70 ао 90 100 110 120 130 140 150 160 170

Дппна образца, мм

Рисунок 2.15 - Относительная погрешность данных расчета к данным полученным

экспериментально

Наибольшая погрешность наблюдается в точках с наименьшими остаточными деформациями, что может быть связанно с различными факторами: принятыми гипотезами при расчете, особенностью деформирования поверхностных слоев ослабленных рисками мерной сетки, а также погрешностью измерительного оборудования. В целом, величина коробления полученная на практике с достаточной точностью совпадает с рассчитанной.

2.3 Моделирование закалки сечения заготовки детали летательного аппарата

с различным припуском

На практике детали простой формы практически не встречаются, и при закалке возникает потребность применять рекомендации и опыт, полученные на простых геометрических объектах. Особенно если деталь отличается малой жесткостью. Существует ряд мероприятий, которые позволяют снизить уровень коробления. Их условно разделяют на металлургические и не металлургические. К металлургическим относятся различные вариации сред охлаждения (скорости охлаждения), ступенчатого охлаждения и т.п. К не металлургическим относятся различные вариации с геометрией заготовки, проходящей закалку, и направлением погружения. Как было сказано ранее, направление погружения следует выбирать вдоль оси перпендикулярной оси, относительно которой осевой момент инерции максимален. Однако в случае, когда заготовка или деталь состоят из нескольких элементов, сложным образом расположенных относительно друг друга, решение этого вопроса не представляется столь простым. Манипуляции с сечением заготовки в основном сводятся к выбору величины припуска. Таким образом, требуется выработать перечень рекомендаций по выбору величины припуска под закалку и выбору направления погружения.

Средством решения задачи выбора величины припуска может служить численное моделирование закалки заготовки [82]. Моделирование закалки проводилось в плоской постановке для сечения детали с различными вариантами припуска (рисунок 2.16). В численном моделировании рассматривались 5 вариантов припуска:

1) заготовка с напуском до прямоугольной формы (рисунок 2.16-а);

2) припуск 12 мм с напуском (рисунок 2.16-6);

3) равномерный припуск 12 мм (рисунок 2.16-в);

4) равномерный припуск 8 мм (рисунок 2.16-г);

5) равномерный припуск 4 мм (рисунок 2.16 д).

а) заготовка прямоугольной формы с неравномерным припуском; 6) припуск 12 мм с напуском; в) равномерный припуск 12 мм; г) равномерный припуск 8 мм; д) равномерный припуск 4 мм;

е) сечение детали без припуска

Рисунок 2.16 - Общий вид сечения заготовок и детали

6

а

в

г

д

е

Моделирование закалки проводилось в два этапа. Первый этап включал решение нестационарной тепловой задачи, второй - решение квазистационарной структурной задачи. Для теплового анализа в качестве граничных условий задавались граничные условия 3-го рода. Первоначальное распределение температуры принималось равномерным и равным 515°, температура закалочной среды 25°. Характеристики материала задавались зависимыми от температуры, материал детали - алюминиевый деформируемый сплав АК6.

б

а

в

г

д

а) заготовка прямоугольной формы с неравномерным припуском; б) припуск 12 мм с напуском; в) равномерный припуск 12 мм; г) равномерный припуск 8 мм; д) равномерный припуск 4 мм

Рисунок 2.17 - Нормальные напряжения Ох

б

а

в

г

д

а) заготовка прямоугольной формы с неравномерным припуском; б) припуск 12 мм с напуском; в) равномерный припуск 12 мм; г) равномерный припуск 8 мм; д) равномерный припуск 4 мм

Рисунок 2.18 - Нормальные напряжения Оу

6

а

в

г

д

а) заготовка прямоугольной формы с неравномерным припуском; 6) припуск 12 мм с напуском; в) равномерный припуск 12 мм; г) равномерный припуск 8 мм; д) равномерный припуск 4 мм

Рисунок 2.19 - Распределение пластических деформаций

На рисунках 2.17-2.19 представлены результаты расчета. Величина максимальных напряжений для каждого варианта припуска различается не значительно. Однако различие в распределении напряжений по сечениям для каждого варианта меняется в значительной мере, даже по сечениям с равномерным припуском.

С ростом припуска, растет площадь сечения занятая напряжениями в диапазоне от 100 МПа до 180 МПа. Применение умеренного значения припуска 48 мм (рисунок 2.17, 2.18 г-д) способствует более равномерному распределению напряжений, причем высокий уровень напряжений (более 60 МПа) наблюдается лишь в поверхностных слоях сечения, а по телу сечения преобладают напряжения менее 60 МПа.

Распределение пластических деформаций представлено на рисунке 2. 19. Видно, что с увеличением припуска зоны пластических деформаций также увеличиваются. Величины пластических деформаций для всех вариантов припуска примерно одинаковы. Исключение составляет вариант сечения заготовки в форме прямоугольника. Минимизация припуска хоть и не способствует снижению уровня пластических деформаций, но позволяет локализовать их и свести к минимуму зоны подверженные им. Если проанализировать расположение зон пластических деформаций показанных на рисунке 2.19, то можно заметить закономерность в их расположении - наибольшая глубина проникновения и величина наблюдаются в закрытых углах.

На рисунке 2.20 представлен график разницы максимальной и минимальной температуры в сечении заготовки наблюдаемой в процессе охлаждения. Если в начале процесса для всех вариантов припуска максимальная наблюдаемая разница температур одинакова, то с ходом дальнейшего процесса охлаждения наблюдается значительная разница. Хорошо заметно, что сечение с минимальным припуском имеет минимальное значение Л Т. Это можно легко объяснить меньшей толщиной материала, внутренние области охлаждаются быстрее и, как следствие, имеют меньшую разницу в температуре с внешними слоями. Что и приводит к меньшим остаточным напряжениям.

at ft), ■с

400

- ■ 4 ■■■ 3

/'I''- \

\\ •-. N

1 и . "ч " , \ -----1

t s \ N Ч \

i \ V ч Ч \ * \

■■тг77.. —

0,0001 0,01 0,3 0,735

3,2 14,4 25,7 40,B

62 100 132 С

1) сечение с равномерным припуском 4 мм; 2) сечение с равномерным припуском 8 мм; 3) сечение с равномерным припуском 12 мм; 4) сечение с неравномерным припуском от 8 мм до 18 мм; 5) сечение прямоугольной формы с неравномерным припуском

Рисунок 2.20 - График разницы максимальной и минимальной температуры наблюдаемой в

процессе охлаждения

Снижение площади занимаемой напряжениями от 100 до 180 МПа должно привести к уменьшению коробления, однако на практике этого не происходит. Это объясняется в целом уменьшением жесткости заготовки. Характеристикой жесткости служат осевые моменты инерции. Таким образом, уменьшение величины припуска, с одной стороны желательно, так как положительно сказывается на характере распределения и уровне остаточных напряжений, а с другой стороны нежелательно для сохранения жесткости заготовки. С точки зрения инженеров-технологов механической обработки снижение величины припуска означает, что возрастает риск невписываемости детали в заготовку.

С другой стороны очевидно, что большая величина припуска приводит к большим остаточным напряжением, как следствие увеличению коробления готовой детали, в которой данные напряжения перераспределяются в следствии удаления материала. На производстве не редки случаи изменения геометрии детали

после высвобождения из приспособлений и как следствие несоответствие необходимым требованиям конструкторской документации.

2.4 Критерий сопротивляемости заготовки короблению при закалке (Ру)

Остаточные технологические напряжения, возникающие в процессе производства детали, оказывают влияние на геометрию готовой детали. Остаточные закалочные напряжения имеют высокий уровень, характер распределения которых заметно меняется в зависимости от межоперационного припуска.

На рисунке 2.21 представлены распределения остаточных эквивалентных напряжений. На каждое сечение наложены контуры готовой детали. Видно, что напряжения ограниченные контуром готовой детали характеризуются значительной неравномерностью. Снижение величины припуска приводит к снижению глубины проникновения максимальных напряжений - глубины дефектного слоя. При дальнейшем уменьшении припуска толщина дефектного слоя хоть и снижается, однако сокращается и расстояние между зоной повышенных напряжений и границей детали.

При обработке резанием удаление слоев с высоким уровнем остаточных напряжений приведет к большему короблению детали. Это связано с тем, что деталь стремится восстановить равновесное состояние, нарушенное механической обработкой.

Минимальный припуск снижает общую жесткость заготовки. Таким образом, при удалении поверхностных слоев материала со значительным уровнем напряжений заготовка будет хуже сопротивляться изменению формы (короблению) вследствие перераспределения напряжений.

а

б

в

г

д

а) равномерный припуск 4 мм; б) равномерный припуск 8 мм; в) равномерный припуск 12 мм; г) не равномерный припуск от 8 мм до 18 мм; д) заготовка прямоугольной формы с

неравномерным припуском

Рисунок 2.21 - Общий вид сечения детали с припуском

Если же оставлять слишком большой припуск, то уже внутри контура детали, в заготовке, будут наблюдаться значительные напряжения, а значит при обработке резанием, даже на финишных операциях, когда слой удаляемого материала минимален, для восстановления равновесного состояния произойдет большее коробление. Таким образом, необходимо соблюдать баланс между чрезмерным припуском, который создаст внутри детали значительные напряжения и минимальным припуском который чрезмерно снизит жесткость детали.

Однако, не столько величина напряжений влияет на искажение формы готовой детали, сколько прохождение границ детали, в заготовке, через места значительного изменения уровня напряжений или даже их «знака».

Можно однозначно сказать, что большая разница в максимальной и минимальной температуре наблюдаемая при закалке приведет к большей неравномерности распределения остаточных напряжений. Снижение же остаточных деформаций связанно с геометрическими параметрами сечения детали. Увеличение момента инерции сечения детали приведет к увеличению геометрических размеров и, как следствие, к росту максимальной разницы температуры и росту остаточных деформаций. По сути эти два параметра являются взаимоисключающими. И нахождение их оптимального сочетания является главной задачей данной работы.

В рамках рассматриваемой задачи, очевидно, что необходим инструмент, для определения величины припуска позволяющий получать минимальные величины остаточных деформаций.

Исходя из описанных соображений, автором предлагается показатель:

Р V = ——— (15)

° Льтах

где Jx - геометрический момент инерции относительно оси перпендикулярной оси погружения, 5 - площадь сечения заготовки, Л ¿тах - максимальная разница температур, наблюдаемая при охлаждении заготовки с данным припуском.

Отношение геометрического момента инерции к площади сечения неразрывно связанно с гибкостью и, по сути, является квадратом радиуса инерции. Данное отношение в формуле 13 показывает влияние величины припуска на

жесткость заготовки. Максимально наблюдаемая разница температур в один момент времени, в свою очередь, отвечает за возникновение термических напряжений, которые непременно увеличиваются с ростом величины припуска. Таким образом, имеем отношение описывающее способность заготовки сопротивляться силовым факторам к некому возможному уровню этих факторов.

Стоит понимать, что величина припуска, полученная по предложенному показателю, может оказаться не оптимальной для применения в виду технологических особенностей производства. Лишь сравнение нескольких вариантов позволяет провести осмысленный выбор припуска. Данный показатель можно рассматривать как отправную точку для назначения припуска, и всегда стоит помнить про принципы его назначения исходя из различных технологических параметров, рассмотренных в главе 1.

2.5 Методика определения величины припуска под закалку для крупногабаритных каркасных деталей ЛА

Для определения величины припуска необходимо найти наилучшее сочетание характеристики жесткости заготовки и возникшей в ходе охлаждения заготовки разницы температур. Наилучшим сочетанием представляется максимальное значение критерия сопротивляемости заготовки короблению при закалке (Ру). Так как характеристика жесткости и максимальная разница температур, возникшая в ходе охлаждения заготовки, зависят от величины припуска. А критерий (Ру) можно представить функцией от величины припуска. То необходимо отыскать максимум значения критерия сопротивляемости короблению (Ру) и значение величины припуска соответствующего ему.

Для решения этой задачи наиболее подходящим представляется одномерная оптимизация. Очевидно, что доступными будут лишь некоторые значения функции на определённом интервале значений величины припуска. Ввиду этого, из множества способов одномерной оптимизации целесообразным представляется использовать методы аппроксимации [85, 86].

В методах прямого поиска допускается предположение, что функция непрерывна и является унимодальной на рассматриваемом отрезке [86]. Функцию

в некоторой окрестности точки ее максимума можно достаточно точно аппроксимировать многочленом, используя методы полиномиальной аппроксимации. Их общая особенность состоит в вычислении коэффициентов многочлена по известным значениям функции в отдельных точках и последующем нахождении максимума этого многочлена с использованием необходимых и достаточных условий экстремума. Основная идея метода: возможность аппроксимации гладкой функции полиномом достаточно высокого порядка и использование этого полинома для оценивания точки оптимума. Качество этой оценки может быть повышено двумя способами [86]:

- увеличением степени полинома;

- уменьшением интервала аппроксимации.

Второй способ предпочтительнее, так как построение полинома порядка более 3 - достаточно сложная задача, а сужение интервала для унимодальной функции - достаточно просто [86].

Чтобы функция имела максимум внутри отрезка она должна быть, по крайней мере квадратичной. Для построения квадратичной функции достаточно трех точек: М}(х1,х1), Мз(хз,хз), М2(х2,х2). Зададим аппроксимацию функции полиномом вида [86]:

Р2(х) = ао + а1(х — хг) + а2(х — х\)(х — хг) (16)

И выберем коэффициенты ао, а1 и а2 так, чтобы Р2(х1)=у1, Р2(х2)=у2, Р2(хз)=уз. Отсюда следует, что:

„ „ У2-У1 „ 1 (у3-у1 У2-УЛ /1 тч

ао = У\> а1 =-, а2 ---(---) (17)

0 1 х2-х1 2 х3-х2 \x3-x1 х2-х1)

Найдем стационарную точку х* полинома Р2(х):

х*=хз~х1—а^ (18)

2 2а2 4 '

Так как функция унимодальна на рассматриваемом интервале, и полином Р2(х) тоже унимодальная функция, то х* является приемлемой оценкой истинного оптимума.

Обобщив всё выше сказанное, методику определения припуска можно описать следующим алгоритмом:

1. Выбор типовых сечений детали: необходимо, проанализировав конструкцию детали, произвести выбор необходимого количества сечений. Производить выбор сечений для определения показателя Pv необходимо на основании разности толщин полок, стенок, геометрической формы сечения и т.п. При современном уровне автоматизации конструкторской деятельности и переходу к бесчертежным технологиям, технологиям трехмерного моделирования, получить необходимые сечения не представляется проблематичным. Любая CAD система в состоянии построить требуемое сечение и получить все необходимые данные о нём (площадь, момент инерции и т.д.)

2. Построение сечений с различным припуском: после того как было построено сечение необходимо построить сечения с различным припуском. Целесообразным представляется рассматривать припуск до 200% , с шагом 50% начиная от минимального припуска, рассчитанного по методике разработанной профессором Кованом. Данные значения не являются жесткими требованиями, а лишь разграничивают возможное поле применяемых припусков. Также шаг возможно уменьшить для получения более точной кривой P v, и увеличить диапазон рассматриваемых припусков.

3. Определение максимального перепада температур Л tmax: необходимо для каждого сечения определить максимальный перепада температуры в один момент времени. Это возможно осуществить как с применением современных САЕ (англ. Computer-aided engineering) пакетов, так путем аналитического решения нестационарной задачи охлаждения тела произвольной формы. Последнее является более трудоёмким процессом, и не каждый инженер на производстве способен произвести расчеты подобного класса. Широкое же применение САЕ пакетов, позволяет производить подобные расчеты практически в автоматизированном режиме. Для этого необходимо иметь на производстве служебную инструкцию с набором действий и требований к проведению математического эксперимента для инженеров. Либо создать номограммы для каждого материала, где по абсциссе будет располагаться максимальная глубина залегания материала, то есть максимальное расстояние от внешнего контура заготовки до точки максимально

удаленной от него внутри тела заготовки, по оси ординат будет располагаться искомая величина максимально наблюдаемой разницы температур.

4. Определение максимального значения Рутах: исходя из полученных данных о максимальном перепаде температуры, при охлаждении в ходе закалки, площади сечения, и его моменте инерции (таблица 2) необходимо построить график Ру в зависимости от величины припуска (рисунок 2.22).

Таблица 2 - Расчетные данные критерия Ру

Величина припуска Z, мм Геометрический момент инерции сечения J, м4 Площадь сечения £, м2 Ру, м2/оС

71 11 ру1

7п-1 I п-1 8 п-1 Ру п-1

7п 1п Бп РУп

7п+1 1п+1 Бп+1 Руп+1

i рц лш2/°с

Рх(1) = Аг: + Вг V С РУ 1 тах

\

\

рг,

3 !

Ж, мм

Рисунок 2.22 - График зависимости показателя Ру от величины припуска

Далее, с использованием полиномиальной аппроксимации, необходимо составить уравнение кривой: Ру(г) = Ах2 + Вг + С, которое описывает поведение искомой функции. После необходимо отыскать локальный максимум функции Ру(г), в интервале [гп-1; гп+±].

5. Определение припуска на деталь: после того как был определен припуск для каждого характерного сечения детали, необходимо определить припуск для всей детали. Для этого необходимо выбрать либо максимальный припуск из возможных, при условии, что для прочих характерных сечений не приведет к значительному снижению показателя Ру. Либо принять среднее значение из возможных припусков, определив его как среднеарифметическое значение. Полученный таким образом припуск и представляется наиболее подходящим. Хочется отметить возможность применения различной величины припуска для одной детали на её различных элементах. Однако это не является технологичным, потому как при написании УП для станка с ЧПУ придётся разграничивать зоны различного припуска и обрабатывать их различными траекториями, что приведет к увеличению времени расчета УП (увеличение технологической подготовки производства, далее ТПП). Также следует, при выборе величины припуска, руководствоваться направлением погружения детали в закалочную среду. Не стоит снижать значение критерия Ру для элементов детали расположенных таким образом, что минимальный главный момент инерции сечения элемента является перпендикулярным направлению погружения. При возможности стоит разместить заготовку таким образом, чтобы элементы ее геометрии с низкими жесткостными показателями располагались вдоль направления погружения. И лишь наиболее жесткие элементы были сориентированы так чтобы их сечения располагались согласно максимуму Ру.

2.6 Выводы

Данные полученные в ходе проведенных экспериментов совпадают с описанными ранее другими авторами и удовлетворительно согласуются с данными моделирования. Получены картины остаточных напряжений для сечения детали сложной формы в зависимости от различной величины припуска. Анализ экспериментальных данных и данных моделирования позволил сделать следующие выводы:

1 величина коробления заготовки зависит от направления погружения.

2 величина коробления связана с главными моментами инерции сечения заготовки и максимальной наблюдаемой разницы температур по сечению;

3 значительные градиенты температуры, возникающие при охлаждении в ходе закалки, приводят к возникновению значительных напряжений не только в слоях, предназначенных для последующего механического удаления (припуск), но и в теле самой детали, что негативно может сказываться на точности её изготовления;

4 показано, что градиент температуры можно снизить путем снижения величины припуска под закалку;

5 необходимо выбирать такую величину припуска под закалку, при которой значительные по уровню напряжения будут находиться как можно дальше от границы детали, и удаление которого (припуска) не будет иметь последствия в виде значительных короблений;

6 предложен показатель склонности заготовки к короблению, основанный на геометрических показателях жесткости сечения детали с учетом припуска и возможности возникновения значительных силовых факторов в ходе охлаждения выраженных в максимальной разнице температуры между поверхностью и сердцевиной заготовки.

ГЛАВА 3 РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ НА

ПРОИЗВОДСТВЕ

3.1 Технологический процесс механической обработки рамы переплета

фонаря

Механическая обработка переплета рамы фонаря производится несколькими операциями, между которыми осуществляются закалка и искусственное старение. В ходе первых "обдирочных" операций механической обработки производится вырезка заготовки рамы переплета фонаря из поковки и снятие материала до заготовки с припуском под закалку.

Рама переплета фонаря изготавливается из поковки материала АК6 по ОСТ 1 90073-85 размерами 275х1090х1855 мм. Масса поковки составляет 1530 кг. Допуск на предельные отклонения размеров рамы переплета фонаря на обрабатываемые толщины составляет -0,3/+0,2 мм. Допуск на поверхности рамы переплета фонаря выходящих на теоретический контур -0,5/+0,5 мм. Обработка производится на универсальном пятикоординатном обрабатывающем центре с ЧПУ (числовым программным управлением).

Первоначально поковка подвергается двум операциям механической обработки для формирования поверхностей без остатков "черноты", и для достижения требуемой шероховатости необходимой для проведения

неразрушающего контроля (рисунок 3.1). Контроль шероховатости осуществляется профилометром. Неразрушающий контроль проводится при помощи ультразвукового метода. Ультразвуковой контроль поковки осуществляется по отфрезерованным плоскостям на наличие трещин, пустот и включений. Далее вырезается заготовка по контуру рамы переплета с прямоугольным сечением размерами 100х120 мм.

Рисунок 3.1 - Эскиз расположения заготовки перед началом обработки

Максимальный размер сечения составляет 120 мм, т.к. эта величина является максимальной для прокаливаемости данного сплава. После операций обдирки получается заготовка, представленная на рисунке 3.2. Параллельно производится вырезка образцов-свидетелей.

Рисунок 3.2 - Эскиз установки заготовки на столе станка перед финишной обработкой

Затем, заготовка рамы переплета фонаря и образцы-свидетели поступают в цех термической обработки. После закалки и старения заготовка возвращается в механообрабатывающий цех для выполнения окончательной обработки. Образцы-свидетели поступают в лабораторию для подтверждения необходимых механических характеристик.

Далее, заготовка устанавливается на стол станка для механообработки (рисунок 3.3). Обработка проходит в 4 установа (4 операции фрезерования). В первых двух установах производится удаление материала для снижения припуска, массы заготовки, а также для возможности установки на технологические приспособления типа стойки (рисунок 3.4). Образованные за первые два установа поверхности должны позволить в последующих 2-х операциях механической обработки произвести точное позиционирование заготовки (рисунок 3.4).

Рисунок 3.3 - 3D модель заготовки и заготовка на столе станка

Рисунок 3.4 - Рама переплета установленная на стойках в ходе обработки

В ходе последующих операций механической обработки производится удаление припуска 2 мм и 0,1 мм, достигается заданная шероховатость. Возникающие в ходе удаления материала перераспределения остаточных напряжений приводят к деформации детали. Поэтому применяется постепенный подбор припуска для стенок и полок рамы. Это позволяет несколько снизить отклонения готовой детали от геометрической модели, но зачастую деталь выходит вне поля допуска. Для увеличения точности также применяется операция рихтовки. Применяемые ухищрения не всегда позволяют изготавливать раму переплета фонаря (рисунок 3.5) с достаточной точностью.

Рисунок 3.5 - Рама переплета фонаря после изготовления

После изготовления рама переплета фонаря проходит контроль геометрии (обводов теоретического контура и толщин стенок) на машине трехкоординатной измерительной ACCURA™ фирмы "Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH" (далее ACCURA Zeiss).

Изготовление рамы переплета фонаря по представленной технологии приводили к отклонениям геометрии рамы выше допускаемых по техническим условиям. Отклонения достигали +0,9 мм от теоретического контура и занижение стенок более -0,3/+0,2 мм. Это не позволяло использовать детали для сборки носового отсека самолета. Введенные операции рихтовки и ручной доводки, также

не позволяли достигнуть технических требований предъявляемых к раме переплета фонаря.

Во избежание занижения толщины стенок, написание управляющих программ производилось не на середину поля допуска, а на максимальное значение +0,2 мм от толщины стенки переплета фонаря. После проведения обработки на станке проводилось измерение толщины стенок, и в случае выхода толщины стенок за пределы поля допуска использовались дополнительно написанные управляющие программы, которые итерационно с шагом в 0,1 мм позволяли снимать материал для достижения требуемой толщины стенок.

Таким образом, вводились дополнительные операции, увеличивающие стоимость изготовления детали. При этом изготовить "годную" деталь, то есть деталь, соответствующую конструкторской документации, не всегда получалось.

При обработке резанием возможно отклонение от требуемой теоретической поверхности по нескольким причинам:

- вследствие затягивания или отгибания тонкой стенки фрезой при обработке;

- вследствие формирования остаточных напряжений и, следовательно, остаточных деформаций от самого резания материала;

- вследствие технологической наследственности.

Для предотвращения затягивания/отклонения стенки детали под действием силы резания, на финишных операциях обработка производилась на пониженных режимах при съеме материала 0,2 мм, что позволяет практически полностью исключить возможность влияния на поводки рамы переплета фонаря этого фактора.

Обработка резанием в значительной мере влияет только на остаточные напряжения и деформации в поверхностном слое материала, глубиной примерно до 0,2 мм. Подобные напряжения не способны привести к большим отклонениям от исходной геометрии.

Деформации, возникающие вследствие технологической наследственности, остаются единственно возможной причиной приводящей к поводкам детали. А удаление материала в процессе механической обработки приводит к

перераспределению остаточных напряжений и ведет к образованию деформаций, которые практически невозможно предугадать.

Во избежание появления подобных эффектов, ранее применялось вылёживание заготовки после термической обработки в течение 3-4 месяцев. Происходящие при этом процессы приводили к релаксации напряжений и благоприятно влияли на геометрию конечной детали. Это значительно увеличивало цикл изготовления детали: с одной недели до 4,5 месяцев. Подобное увеличение цикла изготовления детали приводит к необходимости создания больших площадей для хранения заготовок. Что, в конечном счете, еще больше увеличивало конечную стоимость детали.

3.2 Закалка заготовки рамы переплёта фонаря

Закалка рамы переплета фонаря производится по режимам, представленным в таблице 3 [24].

Таблица 3 - Режимы термической обработки

Сплав Вид полуфабриката Температура нагрева под закалку,°С Вид старения Температура старения, <С Время старения, ч

Поковки, Естественное Т Комнатная >96

АК6 АК6ч штамповки, прессованные, 505-525 Искусственное Т1 155-165 10-15

полуфабрикаты Искусственное Т2 195-205 11-13

Старение при 20° (естественное старение) сплава АК6 обеспечивает высокую пластичность и сопротивление коррозии при пониженных прочностных свойствах по сравнению с искусственным старением.

Режим Т1 применяют для высокой прочности и удовлетворительной пластичности. При изготовлении рамы переплета фонаря применяется старение по Т1.

I — нагрев в селитровой ванне; II — нагрев в воздушной электропечи; 1 — плакированные листы; 2 — неплакированные полуфабрикаты, кроме поковок и штамповок; 3 — поковки и

штамповки

Рисунок 3.6 - Зависимость длительности выдержки при нагреве под закалку от толщины

сечения и вида полуфабриката

Время нагрева и выдержки под закалку можно определить исходя из рисунка 3.6 [87]. На производстве применяется нагрев в воздушной электропечи. Время нагрева составляет 2 часа, время выдержки составляет 3 часа. Таким образом, общее время нагрева и выдержки под закалку составляет 5 часов.

В связи с проблемой изменения геометрии детали было принято решение об оценке деформации заготовки после закалки. Для этого на деталь были нанесены точки. Затем, была выбрана базовая плоскость, и произведены измерения координат контрольных точек до и после закалки на машине измерительной ACCURA Zeiss. Результаты измерений, в виде векторов направления перемещения точек и величины перемещения представлены на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7 - Перемещение контрольных точек возникшие в результате закалки

Проведенные измерения показывают значительную деформацию заготовки после закалки. Искажение формы заготовки приводило к проблемам при базировании и вписывании детали. Что значительно повышало трудоемкость последующих операций фрезерования, увеличивало цикл производства, а изготовленная деталь зачастую не отвечала требованиям конструкторской документации.

3.3 Результаты изменения технологического процесса изготовления рамы

переплета фонаря

На раме переплёта автором выделялись характерные сечения, на которые назначался равномерный припуск в интервале 3-9 мм (рисунок 3.8).

Рисунок 3.8 - Эскиз рамы переплета фонаря и характерных сечений

Граничные и начальные условия, были приняты аналогичными расчету, представленному в п.3.3 данной работы. Физико-механические свойства материала АК6 и коэффициент теплообмена принимались зависимыми от температуры. Результаты моделирования представлены на рисунках 3.9-3.13. Как и в ранее представленных результатах, с уменьшением толщины заготовки (за счет снижения припуска) уменьшаются и остаточные напряжения.

б

а

в

г

а) 9 мм; б) 7 мм; в) 5 мм; г) 3 мм

Рисунок 3.9 - Эквивалентные напряжения по Мизесу в сечении №1 с различным припуском

б

а

в

г

а) 9 мм; б) 7 мм; в) 5 мм; г) 3 мм

б

а

в

г

а) 9 мм; б) 7 мм; в) 5 мм; г) 3 мм

Рисунок 3.11 -Эквивалентные напряжения по Мизесу в сечении №3 с различным припуском

а) 9 мм; б) 7 мм; в) 5 мм; г) 3 мм

в

г

185.68 Мах

160,8

135,92

111,04

61,277 36,396 11,927 10,488

0.045546 Мт

а) 9 мм; б) 7 мм; в) 5 мм; г) 3 мм Рисунок 3.13 -Эквивалентные напряжения по Мизесу в сечении №5 с различным припуском

Для каждой заготовки производился расчет согласно предложенной автором новой зависимости (15). Результаты расчета показателя Ру для прямоугольного сечения заготовки размерами 100x120 мм, используемого ранее на производстве, составляют Руу = 3,26 мм2/°С; Рух = 2,27 мм2/°С (Руу - погружение вдоль размера 120 мм; Рух- погружение вдоль размера 100 мм). Результаты для характерных сечений рамы показаны на рисунке 3.14. Как можно видеть, ни один из равномерных припуском не демонстрирует значение Ру меньше чем у заготовки с прямоугольным сечением. Что лишний раз демонстрирует ошибочность назначение максимально возможного припуска.

Если проанализировать полученные графики Ру (рисунок 3.14), то можно заметить, что они все обладают явным максимумом значения Ру, соответствующего припуску 4,5-6,5 мм в зависимости от сечения. Таким образом, получаем диапазон допустимых припусков.

б

а

в

г

Припуск, мм Припуск, мм Припуск, ММ

а б в

Рр, мм2/°С РУ, ММ2/°С

Припуск, мм Припуск, мм

г д

а) сечение №1; б) сечение №2; в) сечение №3; г) сечение №4; д) сечение №5 Рисунок 3.14 - Значение Ру в зависимости от величины припуска

Округлять величину расчетного припуска до целочисленного значения является предпочтительным ввиду таких факторов как: наличия дефектного слоя возникающего при закалке; необходимости выполнения как черновых, так и чистовых операций фрезерования; необходимости вписывания детали в деформированную после закалки заготовку. В рамках описываемой работы величина припуска была выбрана в размере 6 мм.

После выбора новой величины припуска производилось изменение управляющих программ для станков с ЧПУ. Далее производилась верификация управляющих программ с целью определения столкновений движущихся частей станка и заготовки, а также проверки на наличие зарезов заготовки. Верификация

проводилась в программе Уепси1:, полученная в результате 3Э модель заготовки представлена на рисунке 3.15. В виду снижения массы заготовки (с 200 кг до 114 кг), и ожидаемого снижения уровня поводок, на поверхности заготовки были предусмотрены поверхности базирования и установки в приспособления [88-93].

Рисунок 3.15 - 3D модель заготовки с равномерным припуском 6 мм

Максимальная толщина новой заготовки составила 60 мм, время выдержки сократилось до 120 минут, и с учетом выхода печи на режим составило 4 часа, что на час меньше времени выдержки заготовки используемой ранее.

Также было решено провести оценку величины поводок новой заготовки, для этого на поверхности заготовки были сделаны цилиндрические выступы (рисунок 3.16-а,б). Измерение координат центров торцов данных цилиндров производилось до и после закалки, карта отклонений показана на рисунке 3.16-г.

Как можно видеть, максимальное отклонение составило +2,04 мм. Максимальное же отклонение в заготовке до изменения было 4,7 мм. Коробление после закалки заготовки снизились более чем в два раза.

Рисунок 3.16 - а) выступающие цилиндры в качестве контрольных точек б) вид сечения рамы переплета фонаря в) партия заготовок с равномерным припуском на поддоне, после закалки г) результаты измерения новой заготовки с равномерным припуском

б

а

в

г

Далее рама переплета фонаря проходила последующие операции чернового и чистового фрезерования аналогичные тем, что применялись до изменения

заготовки. После выполнения чистовых операций, завершения этапа механической обработки, рама переплета фонаря прошла необходимый контроль геометрии и сравнение с 3D моделью. Результаты представлены на рисунке 3.18.

О. 11 4

0.10 6 0.06 2 Рисунок 3.17 - Отклонения готовой рамы от электронной модели

В целом можно констатировать снижение отклонения готовой детали от 3D модели. Уровень деформаций заготовки не повлиял на вписываемость детали в заготовку, припуск составлял большее значение, нежели поводки заготовки (максимальное отклонение 2,04 мм). Также заготовка без затруднений фиксируется в приспособлениях в виду снижения уровня коробления. Для рамы переплета фонаря предельно допустимые отклонения на аэродинамические обводы составляют ±0,5 мм, предельные отклонения толщин +0,2/-0,3 мм. Контрольная операция по измерению отклонений геометрии рамы от электронной модели проводились на машине измерительной ACCURA Zeiss Полученные отклонения не превышают +0,1/-0,24 мм, что удовлетворяет требованиям точности изготовления детали.

Проведенные изменения технологического процесса позволили производить раму переплета фонаря с должным качеством, отказаться от дополнительных механических операций по постепенному удалению припуска и операций рихтовки, снизить время выдержки в электропечи для нагрева под закалку. Это позволило снизить затраты и время производства рамы переплета фонаря, снизив брак при производстве.

3.4 Выводы

В ходе внедрения разработанной методики определения величины межоперационного припуска под закалку удалось следующее:

1 получить практическое подтверждение верности предложенного критерия сопротивляемости заготовки короблению при закалке (Ру), на примере рамы переплета фонаря самолетов семейства SSJ.

2 производить раму переплета фонаря должного качества, отказаться от дополнительных операций механической обработки по постепенному обнижению (для обеспечения не занижения стенок рамы) и операций рихтовки.

3 снизить массу заготовки, её максимальную толщину и как следствие снизить время выдержки в закалочной электропечи, что позволило снизить время и затраты на производство рамы переплета фонаря.

86

Заключение

В ходе проведённого исследования влияния величины межоперационного припуска под закалку на уровень коробления крупногабаритных заготовок и точность изготавливаемых из них каркасных деталей получены следующие результаты и выводы:

1 Подтверждена взаимосвязь коробления заготовки при закалке с направлением погружения. Определены предпочтительные направления погружения для крупногабаритных авиационных деталей сложной геометрии, -вдоль элементов, сечение которых имеет наименьшую жесткость, и поперек элементов, имеющих наибольшую жесткость.

2 Установлена взаимосвязь величины припуска с характером распределения остаточных напряжений и уровнем коробления заготовки, на основании которой разработан критерий сопротивляемости короблению при закалке (Ру).

3 Разработана методика определения величины межоперационного припуска под закалку для крупногабаритных каркасных деталей, исходя из критерия сопротивляемости заготовки короблению.

4 Разработан новый технологический процесс, позволяющий исключить операции рихтовки и дополнительной механической обработки рамы переплета фонаря, обеспечивающий производство детали согласно требованиям конструкторской документации.

5 В ходе изменения технологии вес заготовки под закалку снизился с 200 кг до 114 кг за счет применения рассчитанного по предложенной методике равномерного припуска 6 мм по всей поверхности рамы переплета фонаря, взамен неравномерного припуска (с напуском) с максимальным значением 18 мм.

6 В результате изменения технологии изготовления крупногабаритной детали двойной кривизны удалось: сократить время выдержки заготовки в закалочной печи на 60 минут; снизить поводки заготовки в результате закалки с 4,7 до 2,04 мм. Отклонения теоретического контура готовой детали снизились с 0,8 мм до 0,14 мм (при допустимых ±0,5 мм). Отклонения на толщину стенок снизились с +0,3/-0,3 мм до +0,1/-0,1 мм (при допустимых +0,2/-0,3 мм).

87

Список литературы

1. Волков, Л. И. Надёжность летательных аппаратов [Текст] / Л.И. Волков,

A.М. Шишкевич. - М. : Высшая школа, 1975. - 296 с., ил.

2. Жулёв, В. И. Безопасность полётов летательных аппаратов [Текст] / В.И. Жулёв, В.С. Иванов. - М. : Транспорт, 1986. - 224 с.

3. Сутугин, Л. И. Проектирование частей самолёта [Текст] / Л.И. Сутугин. -М. : Оборонгиз, 1947. - 644 с.

4. Кан, С. Н. Расчёт самолёта на прочность [Текст] / С.Н. Кан, И.А. Свердлов.

- М. : Машиностроение, 1966. - 520 с.

5. Стригунов, В. М. Расчёт самолёта на прочность [Текст] / В.М. Стригунов.

- М. : Машиностроение, 1973. - 328 с.

6. Гребеньков, О. А. Конструкция самолётов [Текст] / О.А. Гребеньков. - М. : Машиностроение, 1984. - 240 с.

7. Зайцев, В.Н. Конструкция и прочность самолетов [Текст] / В.Н. Зайцев,

B.Л. Рудаков. - 2-е изд. - Киев : Вища школа, 1978. - 488 с.

8. Ловыгин, А. А. Современный станок с ЧПУ и CAD/CAM система [Текст] / А.А. Ловыгин, А.В. Васильев, С.Ю. Кривцов. - М. : Эльф ИПР, 2006. - 286 с.

9. Фиргер, И. В. Термическая обработка сплавов [Текст] : справочник / И.В. Фиргер. - Л. : Машиностроение. Ленингр. отд-ние., 1982. - 304 с.

10. Райцес, В.Б. Термическая обработка на металлургических заводах [Текст] / В.Б. Райцес. - М. : Металлургия, 1971. - 248 с.

11. Себеси, Т. Конвективный теплообмен [Текст] / Т. Себеси, П. Брэдшоу. -М. : Мир, 1987. - 592 с.

12. Цветков, Ф. Ф. Тепломассообмен [Текст] : учебное пособие для вузов/ Ф.Ф. Цветков, Б.А. Григорьев. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М. : Издательство МЭИ, 2005. - 550 с.

13. Кован, В. М. Расчет припусков на обработку в машиностроении [Текст] / В.М. Кован. - М. : МАШГИЗ, 1953. - 202 с.

14. Косилова, А. Г. Справочник технолога-машиностроителя [Текст]. В 2 т. Т. 1./ Косилова А.Г., Р.К. Мещеряков. - М. : Машиностроение, 1986.

15. Радкевич, Я. М. Расчет припусков и межпереходных размеров в машиностроении [Текст] / Я.М. Радкевич, А.Г. Тимирязев, А.Г. Стирхиладзе, М.С. Островский. - М. : Высшая школа, 2004. - 272 c.

16. Харламов, Г. А. Припуски на механическую обработку [Текст] : справочник / Г.А. Харламов, А.С. Тарапанов. - М. : Машиностроение, 2006. - 256 c.

17. Белов, М. А. Размерный анализ технологических процессов обработки заготовок [Текст] : учебное пособие / М.А. Белов, А.Н Унянин. - Ульяновск : Изд-во УлГТУ, 1997. - 148 c.

18. Васин, А. Н. Аналитический обзор современных методов расчета припусков на механическую обработку заготовок [Текст] / А.Н. Васин // Вестник СГТУ (Надежность машин). - 2005. - 2(7). - C. 16.

19. Ящерицын, П. И. Технологическая наследственность в машиностроении [Текст] / П.И. Ящерицын, Э.В. Рыжов, В.И. Аверченков. - Минск : Наука и техника, 1977. - 256 с.

20. Алюминиевые сплавы [Текст] : справочник / под ред. академика И.Н. Фридляндера. - Киев : Коминтех, 2005. - 365 с.

21. Лахтин, Ю. М. Металловедение и термическая обработка металлов [Текст] / Ю.М. Лахтин. - М. : Металлургия, 1983. - 359 c.

22. Конструкционные материалы [Текст] : справочник / В.А. Брострем [и др.]. - М. : Машиностроение, 1990. - 688 c.

23. Колачев, Б. А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов [Текст] : учебник для вузов / Б.А. Колачев, В.И. Елагин, В.А. Ливанов. - Изд. 3-е, перераб. и доп. - М. : МИСИС, 1999. - 416 c.

24. Штанов, Е. Н. Цветные металлы и сплавы [Текст] : справочник / Е.Н. Штанов, И.А. Штанова. - Н. Новгород : Вента-2, 2001. - 278 c.

25. Арендарчук, А. В. Термическая обработка в машиностроении [Текст] : справочник / А.В. Арендарчук. - М. : Машиностроение, 1980. - 783 c.

26. Паркус, Г. Неустановившиеся температурные напряжения [Текст] / Г. Паркус. - М.: Физматгиз, 1963. - 252 с.

27. Рабинович, М. Х. Термомеханическая обработка алюминиевых сплавов [Текст] / М.Х. Рабинович. - М. : Машиностроение, 1972. - 169 с.

28. Биргер, И. А. Остаточные напряжения [Текст] / И.А. Биргер. - М. : МАШГИЗ, 1963. - 223 с.

29. Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений [Текст] : справ. пособ. / Б.С. Касаткин [и др.] - Киев : Наукова думка, 1981. - 581 с.

30. Шимкович, Д. Г. Инженерный анализ методом конечных элементов [Текст] / Д.Г. Шимкович. - М. : ДМК Пресс, 2012. - 702 с.

31. NX Advance dSimulation. Инженерный анализ [Текст] / П.С. Гончаров [и др.] - М. : ДМК Пресс, 2012. - 504 с.

32. Жидков, Д. Е. Применение системы Ansys к решению задач геометрического и конечно-элементного моделирования [Текст] / Д.Е. Жидков. -Н. Новгород : 2006. - 115 с.

33. Елисеев, К. В. Вычислительный практикум в современных САЕ-системах [Текст] : учеб. пособие / К.В. Елисеев, Т.В. Зиновьев. - СПб : Изд-во Политехн. ун-та, 2008. - 112 с.

34. Победря, Б. Е. Численные методы в теории упругости и пластичности [Текст] : учеб. пособие. / Б.Е. Победря. -2-е изд. - М. : Изд-во МГУ, 1995. - 366 с.

35. Писаренко, Г. С. Уравнения и краевые задачи теории пластичности и ползучести [Текст] : справ. пособ. / Г.С. Писаренко, Н.С. Можаровский. - Киев : Наукова думка, 1981. - 496 с.

36. Структурные уровни пластической деформации и разрушения [Текст] / В.Е. Панин [и др.] - Новосибирск : Наука. Сиб. отд-ние, 1990. - 255 с.

37. Конюхов, А. В. Основы анализа конструкций в Ansys [Текст] / А.В. Конюхов. - Казань : Изд-во КГУ, 2001. - 102 с.

38. Юдаев, Б. Н. Теплопередача [Текст] : учебник для втузов / Б.Н. Юдаев. -М. : Высшая школа, 1973. - 353 с.

39. Петраш, Л. В. Вопросы закалочного охлаждения [Текст] / Л.В. Петраш // Современные средства и способы закалочного охлаждения. - 1969. - C. 13.

40. Исаченко, В. П. Теплопередача [Текст] : учебник для вузов / В.П. Исаченко. - 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Энергия, 1975. - 488 c.

41. Нащокин В. В. Техническая термодинамика и теплопередача [Текст] : учебн. пособие для неэнергетических специальностей вузов / В.В. Нащокин. - М. : Высшая школа, 1975. - 496 c.

42. Леонтьева, А. И. Теория тепломассообмена [Текст] : учебник для вузов /

A.И. Леонтьева. - М. : Высшая школа, 1979. - 495 c.

43. Нестационарный теплообмен [Текст] / В.К. Кошкин [и др.] - М. : Машиностроение, 1973. - 328 c.

44. Лыков, А. В. Теория теплопроводности [Текст] / А.В. Лыков. - М. : Высшая школа, 1967. - 600 c.

45. Крутов, В. И. Техническая термодинамика [Текст] / В.И. Крутов. - М. : Высшая школа, 1981. - 434 c.

46. Кондратьев, Г. М. Регулярный тепловой режим [Текст] / Г.М. Кондратьев. - М. : Госуд. изд-во технико-теоретической лит-ры, 1954. - 408 c.

47. Михеев, М. А. Основы теплопередачи [Текст] / М.А. Михеев. - М.: Энергия, 1977. - 344 c.

48. Бате, К. Численные методы анализа и метод конечных элементов [Текст] / К. Бате, Е. Вилсон. - М. : Стройиздат, 1982. - 448 c.

49. Барахлин, В. Б. Введение в численный анализ [Текст] / В.Б. Барахлин,

B.П. Шапеев. - М. : Лань, 2005. - 107 c.

50. Concepts and Application of Finite Element Analysis / - New York : John Wiley & Sons, 1981. - 784 р.

51. Conduction of Heat in Solids / - London : Oxford University Press, 1959. -

520 р.

52. Bachurin, A. S. Analysis of Residual Thermal Stresses in Composite Materials / A.S. Bachurin // Graduate and Postgraduate students scientific conference «Siberian Innovative Technologies». - 2011. - 10 p.

53. Бачурин, А. С. Влияние закалки на остаточные деформации деталей летательных аппаратов из алюминиевых сплавов [Текст] / А.С. Бачурин, К.Н. Бобин, К.А. Матвеев, Н.В. Курлаев // Вестник СибГАУ. - 2013. - № 3. - С. 119.

54. Бачурин, А. С. Анализ остаточных термических напряжений в композиционном материале методом конечных элементов [Текст] / А.С. Бачурин, Е.Г. Подружин // Труды XII Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона». - Новосибирск: НГТУ, 2011. - С. 493.

55. Апресян, Л. А. Теория переноса излучения [Текст] / Л.А. Апресян, Ю.А. Кравцов. - М. : Наука, 1983. - 216 с.

56. Качанов, Л. М. Основы теории пластичности [Текст] / Л.М. Качанов. -М. : Наука, 1969. - 420 с.

57. Малинин, Н. Н. Прикладная теория пластичности и ползучести [Текст] / Н.Н. Малинин. - М. : Машиностроение, 1975. - 400 с.

58. Коваленко, А. Д. Введение в термоупругость [Текст] / А.Д. Коваленко. -Киев : Наукова думка, 1965. - 204 с.

59. Григолюк, Э. И. Проблемы нелинейного деформирования [Текст] / Э.И. Григолюк, В.И. Шалашилин. - М. : Наука, 1988. - 232 с.

60. Зарубин, В. С. Математические модели термомеханики [Текст] / В.С. Зарубин, Г.Н. Кувыркин. - М. : ФИЗМАТЛИТ, 2002. - 168 с., - ISBN 978-5-92210321-0

61. Бачурин, А. С. Численное моделирование процесса закалки алюминиевых деталей [Текст] / А.С. Бачурин, К.Н. Бобин, К.А. Матвеев, Н.А. Рынгач, Н.В. Курлаев // Обработка металлов: технология, оборудование, инструменты. - 2013. - 3. - C. 94.

62. Термоупругость тел при переменных коэффициентах теплоотдачи [Текст] : монография / Я.С. Подстригач [и др.] - Киев : Наукова думка, 1977. - 155 с.

63. Покровский, А. М. Расчет остаточных напряжений в биметаллических опорных прокатных валках после термической обработки [Текст] / А.М. Покровский // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». - 2012. - C. 186.

64. Мондольфо, Л. Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов [Текст] / Л.Ф. Мондольфо. - М. : Металлургия, 1979. - 640 c.

65. Кан, Р. У. Физическое металловедение [Текст]. В 3 т. Т. 2. / Р.У. Кан, П.Т. Хаазен. - М. : Металлургия, 1987.

66. Washizu, K. Variational Methods in Elasticity and Plasticity / K. Washizu. -New York : Pergamon Press, 1982. - 630 c.

67. Bhashyam, G. R. Ansys Mechanical - A powerfull nonlinear simulation tool / G.R. Bhashyam. - Canonsburg : Ansys Inc, 2002. - 39 c.

68. Finite Elements of Nonlinear Continua. - New York : McGraw-Hill Book Company, 1972. - 448 р.

69. Бачурин, А.С. Оценка точности решения нестационарных тепловых задач и расчет процесса закалки с постепенным погружением в закалочную среду методом конечных элементов [Текст] / А.С. Бачурин, Н.В. Курлаев, А.Ю. Слюняев // Труды XIII Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона». - Новосибирск: НГТУ, 2012. - С. 64.

70. AnsysInc. ThermalAnalysisGuide / AnsysInc. - Canonsburg : AnsysInc., 2007. - 88 р.

71. CADFEM Решение задач теплообмена [Текст] . - М.: CADFEM, 2001. -

108 c.

72. Ansys Inc Meshing Help / Ansys Inc. - Canonsburg, 2007. - 70 р.

73. Ansys Inc. Programmers Manual for ANSYS / Ansys Inc. - Canonsburg : Ansys Inc., 2007. - 312 р.

74. Ansys Inc. ANSYS Mechanical APDL and Mechanical Application Theory reference. - Canonsburg : Ansys Inc., 2010. - 1162 р.

75. Nakasone, S. Engineering analysis with ANSYS software / S. Nakasone, Y. Yoshimoto. - Burlington : MPG Books , 2006. - 473 c.

76. Application of advanced simulation / UGS Corporation - LA UGS Corporation, 2006 - 216 р.

77. PLM Урал - Делкам Урал Применение SYSWELD для моделирования закалки в 2D постановке [Электронный ресурс] / PLM Урал - Делкам Урал //

Делкам Урал. - 2013. - Режим доступа : http://plmural .ru/cae/tehnologicheskiy_analiz/sysweld_modelirovanie_zakalki.

78. Ansys 1пс. ANSYS Theory Refere^e/ Ansys 1пс. - Canonsburg : Ansys 1пс., 2004. - 1067 с.

79. Ansys 1пс. Programmers manual for Me^an^a APDL / Ansys 1пс. — Canonsburg, 2009. - 352 р.

80. Ansys 1пс. Engineering data help / Ansys 1пс. - Canonsburg : Ansys 1пс., 2007.

- 46 с.

81. Перебоева, А. А. Технология термической обработки [Текст] : курс лекций / А.А. Перебоева. - Красноярск : Издательство СФУ, 2007. - 143 с.

82. Бачурин, А. С. Численное моделирование влияния припуска на величину остаточных напряжений в деталях летательных аппаратов после закалки [Текст] /

A.С. Бачурин, К.Н. Бобин, К.А. Матвеев, Н.В. Курлаев // Вестник СибГАУ, 2013. -№ 3. - С. 123.