Погрешность центрирования при базировании и закреплении тонкостенных трубных заготовок с наследственными погрешностями формы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.08, кандидат технических наук Нгуен Хыу Луен

• Нгуен Хыу Луен
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Нгуен Хыу Луен

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК И ОЦЕНКА ИХ ДОМИНИРУЮЩИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ ФОРМЫ.

1.1. Некоторые способы изготовления труб

1.1.1. Прокатка труб

1.1.2. Волочение

1.2. Качество труб и возникновение овальности в поперечной сечении, кривизны оси в продольном сечении на стадии калибровки

1.2.1. Кач ество труб

1.2.2. Происхождение овальности тонкостенной трубы на стадии калибровки

1.2.3. Возникновение кривизны вдоль оси трубы в продольном сечении при калибровке

1.3. Выводы 39 АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ ЦЕНТРИРОВАНИЯ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК С НАСЛЕДСТВЕННЫМИ ПОГРЕШНОСТЯМИ ФОРМЫ НА СТАДИИ ИХ БАЗИРОВАНИЯ

2.1. Понятия погрешностей

2.2. Погрешность центрирования, обусловленная овальностью заготовки АЕ()Х}

2.2.1. Механизм переноса овальности на погрешность

2.2.2. Критерии уменьшения погрешностей А£(-ко

ГЛАВА 2.

ГЛАВА 3.

2.2.3. Выводы

2.3. Погрешность центрирования, обусловленная кривизной оси заготовки

2.3.1. Схемы установки трубных заготовок

2.3.2. Схемы установки и базирования в двух плоскостях

2.3.3. Схемы установки с использованием одной базирующей плоскости и жесткого обратного центра

2.3.4. Схемы установки с использованием одной базирующей плоскости и жесткого центра

2.3.5. Схемы установки и базирования консольной заготовки с использованием одной базирующей плоскости

2.3.6. Овальность, появляющаяся в закрепляемом сечении как функция осевой кривизны. Вторичная погрешность центрирования

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Погрешность центрирования при базировании и закреплении тонкостенных трубных заготовок с наследственными погрешностями формы»

Современный этап развития техники требует точного изготовления тонкостенных труб. В настоящее время значительно увеличилось их количество в изделиях. Тонкостенные трубы как и оболочковые конструкции, обеспечивая высокую прочность и плотность компоновки, находят широкое применение в самых разных отраслях промышленности и, что особенно важно, в ответственных областях: нефтедобывающей, самолето- и ракетостроении, криогенной технике и холодильных установках, космических и военно -промышелнных разработках.

Одновременно с увеличением количества тонкостенных труб повышаются и технические требования к точности размеров поверхностей, формы и их взаимого расположения. В прецизионном машиностроении эти требования достигают порядка микрометров и долей микрометра. Тем не менее, при обработке тонкостенных труб всегда существуют погрешности формы в виде овальности и кривизны оси исходной заготовки, которые наряду с низкой жесткостью представляют собой причины трудностей, мешающих выполнению заданных технических требований.

Для таких деталей важны все этапы изготовления, и законы технологической наследственности играют важную роль при разработке технологического процесса. Вопросом технологической наследственности занимались A.M. Дальский [11,12,14], A.C. Васильев [12], А.Г. Суслов [33], A.C. Ямников [42], В.В. Семин [42] и другие ученые.

Наследственные связи как повышают, так и понижают показатели качества, поэтому важно на каждом этапе изготовления тонкостенных труб учитывать влияние их наследственности на характеристики детали. Явление технологической наследственности позволяет формировать оптимальные технологические среды и изменять свойства предмета производства в желаемом направлении, в том числе, и жизненный цикл. Некоторыми из важнейших факторов, влияющих на качество трубных деталей, являются исходные погрешности (овальность и кривизна оси) и сила закрепления заготовки в технологическом приспособлении. Значимость этих факторов для качества детали отмечалась еще в работах основоположников технологии машиностроения В.М. Кована [22], А.Б. Яхина [43,44], B.C. Корсакова [22].

Основное противоречие между процессами обработки тонкостенных трубных заготовок и качеством детали состоит в том, что базирование и закрепление происходят в условиях существования овальности, кривизны оси и низкой жесткости заготовки.

Исходная овальность, кривизна оси заготовки и силы закрепления при любом технологическом воздействии влияют на деформацию заготовки и вызывают погрешность центрирования перед механической обработкой, сборкой или контролем. Для тонкостенных трубных деталей эти погрешности в ряде случаев превышают допуск и могут вывести деталь из разряда прецизионных.

Кроме этого, погрешности формы у труб еще оказывают влияние на следующие технологические процессы. Так, например, на одном из трубопроизводственных предприятий Вьетнама в среднем около 15-И 7% сборок тонкостенных труб не удовлетрворяют требованию чертежа но радиальному биению, несмотря на то, что все детали проходят контроль ОТК. Такие сборки перебирают и подвергают ручному подбору с использованием большого количества слесарей-сборщиков высокой квалификации. Это увеличивает трудоемкость и снижает производительность сборки. Применяемые технологические процессы и оснастка не обеспечивают гарантированного обеспечения точности механической обработки при получении деталей из холоднотянутых, прогрессивных по форме заготовок, но имеющих погрешности формы и взаимного положения поверхностей в пределах 15-16 степени точности. На другом предприятии до 6% сборок не выдерживают заданного избыточного давления при гидроиспытаниях, а у 10% сборок односторонний зазор в стыке деталей больше допустимого.

По этим причинам изыскание технологической наследственности погрешностей формы и всемерное совершенствование путей, а также разработка способов и средств, обеспечивающих заданную точность выходных параметров тонкостенных трубных деталей и снижающих трудоемкость их изготовления, является важной, актуальной технической и экономической задачей, стоящей перед наукой и производством, и представляет собой первоочередной этап повышения технического уровня производства подобных деталей.

Часть решения этой проблемы сводится к исследованиям влияния технологической наследственности погрешностей формы (овальности и кривизны оси) при базировании и закреплении тонкостенных трубных заготовок на точность их центрирования и установлению технологической оснастки, обеспечивающей погрешности закрепления подобных деталей в заданных пределах.

Этому и посвящена данная диссертационная работа.

В диссертации исследованы вопросы образования погрешностей формы у тонкостенных трубных заготовок. Установлено, что в процессе калибровки под действием нажимных сил роликов присутствующее радиальное биение является причиной овальности в поперечных сечениях, а разностенность -причиной кривизны оси трубной детали.

Овальность и кривизна оси, в свою очередь, вызывают погрешности центрирования на стадиях базирования и закрепления при обработке тонкостенных трубных заготовок.

В диссертационной работе рассмотрено образование погрешности центрирования, обусловленной овальностью и кривизной, при базировании в приспособлении с разным количеством зажимных элементов. Математическая обработка на ЭВМ результатов, взятых из моделирования процессов базирования с помощью программы МАТЪАВ, позволила установить закон наследования исходных овальности и кривизны оси на погрешность центрирования детали.

На стадии закрепления появляется фактор сил закрепления, которые вызывают деформацию поверхностей закрепления и сильно влияют на погрешность центрирования обрабатываемой детали.

С применением теории деформации цилиндрических оболочек смоделированы схемы закрепления тонкостенных трубных заготовок в приспособлении с разным количеством закрепляющих элементов. По таким моделям вычислено и запрограммировано программой БоПсНУогкСОБМОЗ напряженно-деформированное состояние заготовки, из которого следует закон влияния факторов - исходных погрешностей (овальности и кривизны оси) и условия закрепления (количества закрепляющих элементов и сил) - на погрешность центрирования обрабатываемой детали.

В диссертации представлены некоторые приспособления, позволяющие уменьшить степень технологического наследования и обеспечить заданную точность изготовления тонкостенных трубных деталей.

Заключение диссертации по теме «Технология машиностроения», Нгуен Хыу Луен

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертации впервые представлена научно-обоснованная модель образования погрешностей центрирования при базировании и закреплении тонкостенных трубных заготовок с наследственными погрешностями формы в виде овальности в поперечном сечении и кривизны оси в продольном сечении, а также на основании теоретических исследований и моделирований показаны существенные пути уменьшения наследования овальности и кривизны оси тонкостенных трубных заготовок на погрешности их центрирования.

1. Проведен подробный анализ возникновения овальности и кривизны оси у изделий при процессах производства бесшовных тонкостенных труб.

- Показано, что неравномерность нагрева по поперечному сечению является причиной образования овальности в поперечном сечении и кривизны оси трубы в продольном сечении.

- Установлено соотношение между овальностью во и количеством приложенных сил п при калибровке (при увеличении п овальность ец быстро уменьшается).

Показано, что при калибровке овальность готовой трубы прямо пропорционально зависит от зажимной силы и квадратично от номинального диаметра заготовки.

- Установлено соотношение между кривизной оси <?/<- и разностенностью

2. Разработаны методика и программа моделирования технологического переноса овальности заготовки на погрешности центрирования при базировании в приспособлениях.

- Доказано, что для овальной заготовки существуют углы (положения) Фм и Фт-> определенные в зависимости от количества базирующих элементов приспособления кх, при базировании заготовки под которыми получатся соответственно максимальное и минимальное значения погрешности центрирования (А^0)д/И (ASfKO)m.

- Установлено, что при малых овальностях (е^<0,1) максимальное и минимальное значения погрешности центрирования (А£(К0)м и (А£()а)т прямо пропорционально зависят от величины e0R.

- Сравнение погрешностей центрирования при базировании в приспособлениях с разным количеством базирующих элементов показало следующее: а) При четном количестве базирующих элементов в приспособлении к\, значение минимальной погрешности центрирования всегда равно нулю, т.е. ( Asq () )т(к,\)=0, а в случаях же когда к\ - нечетное число, значение (keg0)т(кх)>0 и чем больше к\, чем меньше (As^ 0)т(к\). б) Величины максимальной погрешности центрирования (А£с)Х))\и при базировании в приспособлениях с к\=3,4,6,8.9,12,16, т.е. (А £с,л))м(к,\) располагаются в порядке (А^0)а/{9) < (Asq0)u(\6) < (Аб^0)Д/(12) < (Ае(ко ЫЗ) < (As6o )л/(8) < (Аебл) Мб) < (Аебм )л/(4). в) Величины средневероятной погрешности центрирования ( Aeq а )c(ks) располагаются в следующем порядке (Ае^0)с{9) < (A^0)t.(16) < (Acf)0)c(\2) < (Ae6j0)с(8) < (Аебл)с(6) < (Ае0л)с(3) < (Ae6j0)с(4).

3. Анализ схем установок трубных заготовок с осевой кривизной в универсальных станочных приспособлениях показал, что механизм образования погрешности центрирования, обусловленной кривизной оси заготовки, на стадии базирования Aзависит не только от кривизны еКп конструктивных параметров приспособлений, но и от схем базирования, в частности показано, что а) для схемы установки консольной заготовки в одном патроне, погрешность центрирования в обрабатываемом торце (А) в 8 раз превышает кривизну оси заготовки ек, т.е. Аеъх (А)=8ед-. б) для схемы установки заготовки в двух патронах погрешность центрирования может достигать наибольшего значения только в торцах (А и В) и сечении (С), находящемся в середине между двумя патронами.При этом ее величина в 16 раз меньше, чем при консольной установке заготовки.

4. Разработаны методика и программы расчета напряжно-деформированного состояния тонкостенных овальных трубных заготовок под действием радиальных локальных нагрузок. Получены графики, изображающие зависимости овальности и погрешности центрирования заготовок от размерных параметров, исходных погрешностей и зажимных сил. Показано образование погрешности формы вблизи краев трубных заготовок на стадии закрепления.

5. С помощью программы ЗоПсШогк-СОБМОЗ смоделированы указанные выше схемы установок тонкостенных трубных заготовок на стадии закрепления. На основании полученных результатов программой 8оП(1\Уогк-СОБМОБ проведен анализ механизма образования погрешности центрирования заготовки с наследственными овальностью и кривизной оси. Доказано, что существуют определенные положения заготовки в приспособлении (углы рассположения главной оси овального сечения), которым соответствуют предельные погрешности центрирования. Доказано, что схема установки в двух плоскостях закрепления дает погрешность меньше всех остальных, поэтому она выбрана для дальнейшего анализа области применения.

6. Разработаны некоторые конструкции приспособлений для уменьшения влияния фактических значений погрешностей формы овальных тонкостенных трубных заготовок на погрешность центрирования. а) Шариковое приспособление для установки заготовки по внутренней поверхности позволяет уменьшить погрешность центрирования, обусловленную кривизной оси до 50% по сравнению с универсальными патронами. б) Плунжерное приспособление для установки заготовки по наружной поверхности (в том числе и ступенчатой заготовки) позволяет уменьшить до 84% влияния исходной кривизны на погрешность центрирования.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Нгуен Хыу Луен, 2006 год

1. Алыиевский Л.Е. Тяговые усилия при холодном волочении труб. М.: Металлургия, 1952.- 142с.

2. Беклемисиев Д.В. Курс аналитической геометрии и линейной алгебры. М.: Наука, 1984.

3. Белоцерковский О.М. Численное моделирование в механике сплошных сред. М.: Наука, 1984.-520с.

4. Борисов С.И. Основы правильной настройки и работы риллинга. Журнал «Сталь», №6,1941.

5. Борисов С.И., Шевченко A.A. К вопросу о выборе трубопрокатной установки. Бюллетень Научно-Технической Информации ВНИТИ, №1-2. Металлургиздат, 1956.

6. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. Гостехиздат, 1956.-608с.

7. Валиев С.А. Комбинированная глубокая вытяжка листовых материалов. М.: Машиностроение, 1973.-176с.

8. Гольденвейзер А.Л. Теория упругих тонких оболочек. М.: Наука, 1976.-512с.

9. Гольденвейзер А.Л., Лидский В.Б., Товстик П.Е. Свободные колебания тонких упругих оболочек. М.: Наука, 1979.-384с.

10. Грудев А.П. Внешнее трение при прокатке. М.: Металлургия, 1973.-288с.

11. Дальский A.M. и другие. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2. М.: Машиностроение, 2001.-944с.

12. Дальский A.M., Базров Б.М., Васильев A.C. и другие. Под ред. A.M. Дальского. Технологическая наследственность в машиностроительном производстве. М.: Изд-во МАИ, 2000.-364с.

13. Дальский A.M. и другие. Технология конструкционных материалов. М.: Машиностроение, 1985.

14. Дальский А.М.Технологическое обеспечение надежности высокоточных деталей машин. М.: Машиностроение, 1975.-223с.

15. Данилов Ф.А., Гвейберг А.З., Балакин В.Г. Горячая прокатка труб. М.: Гос. Научно-техническое, 1962.-592с.

16. Даченко В.Н., Коликов А.П. Технология трубного производства. М.: Машиностроение, 2002.

17. Дефекты стальных прессованных труб и профилей. Справочник. М.: Металлургия, 1990. -72с.

18. Дьячков B.C., Ямников A.C., Семин B.B. Влияние способов установки на точность обработки тонкостенных труб. В кн.: Исследования в области технологии механической обработки и сборки машины. Тула.: ТПИ, 1979, С125-138.

19. Задоян М.А. Пространственные задачи теории пластичности. М: Наука, 1992.-384C.

20. Исследование и совершенствование процессов производства труб и профилей. Сборник научных трудов. M.: 1986.-172с.

21. Исследование процессов пластической обработки металлов. Труды института металлургии. Свердловск, 1971.-180с.

22. Кован В.М., Корсаков B.C., Косилова А.Г. Основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1965.-492с.

23. Коганов И.А., Попова H.H., Ямников A.C. Конструкторско-технологическое обеспечение качества поверхности деталей машин. Тула: 2000.-128с.

24. Матвеев Ю.М., и другие. Новые процессы производства труб. М.: Металлургия, 1969.-264с.

25. Писаренко Г.С., и другие. Сопротивление материалов. Киев: Вища школа, 1986.

26. Потапов И.Н., Коликов А.П., Друяи В.М. Теория трубного производства. М.: Металлургия, 1991. -424с.

27. Прочность. Устойчивость. Колебания. Справочник т. 1. Под. ред. Биргера A.M. И Пановко Я.Г. М.: Машиностроение, 1968.

28. Розов Н.В. Холодное волочение стальных труб. М.: Металлургия, 1950.-216с.

29. Семии В.В., Логунов В.М., Дьячков B.C. Влияние упругих деформаций нежестких деталей на точность нарезания и контроля резьб. Тез. Докл. Всесоюз. Конф. Тула: ТПИ, 1980, с 126-129.

30. Сизенов Л.К. Суммирование погрешностей размеров и формы в поперечном сечении цилиндрических деталей. Известия вузов, приборостроение, Т. 12, №11, 1969, cl34-138.

31. Справочник машиностроителя. Т. 3. Под ред. Серенсена C.B. М.: Машгиз, 1963.

32. CT СЭВ 636-77. Допуски формы и расположения поверхностей числовые значения. 1978.-14с.

33. Суслов А.Г., Дальский A.M. Научные основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 2002.-684с.

34. Тюленев А.И. Расчет цилиндрической оболочки и шпангоута на сосредоточенную нагрузку. Издание Академии, 1955.-72с.

35. Федоров Ю.Н., Ямников A.C., Артамонов В.Д., Маликов A.A. Технологические основы проектирования операций механической обработки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. -272с.

36. Феофанов А.Ф. Расчеты тонкостенных конструкций. М.: Гос.изд. оборонной промышленности, 1953.-224с.

37. Филоненко-Бородич М.М. и другие. Курс сопротивления материалов. Ч.П.М-Л. ГИИТЛ, 1949.

38. Шакалис В.В. Моделирование технологических процессов. М.: Машиностроение, 1973.-136с.

39. Шаринов Н.Л. Напряженное состояние цилиндрической консольной оболочки при действии сосредоточенной нормальной силы, приложенной к свободному краю. Инженерный журнал. МТТ ТУ, Вып. 2, 1965, с284-292.

40. Шевакин Ю.Ф., Коликов А.П., Райков Ю.Н. Производство труб. М.: Интермет Инжиниринг, 2005. 568с.

41. Яковлев С.Л., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант, 1997.-332с.

42. Яхин А.Б. Проектирование технологических процессов механической обработки. М.: Оборонгиз, 1946.-267с.

43. Яхин А.Б., Кован В.М. Теоретические вопросы технологии машиностроения. М.: Машгиз, 1939.-451с.

44. Ящерицын П.И. Технологическая наследственность и эксплуатационные свойства шлифовальных деталей. Минск.: Наука и Техника, 1971 .-210с.46. http^/functions.wolfram.com'EllipticIntegrals http://mathworld.wolfram.com