Расчётное определение технологических остаточных напряжений на основе конечно-элементной модели процесса резания тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.08, кандидат наук Болотеин, Алексей Николаевич

• Болотеин, Алексей Николаевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Болотеин, Алексей Николаевич

Оглавление

Введение

Глава 1 Анализ проблемы, постановка цели и задач исследования

1.1 Анализ актуальности проблемы и необходимости её решения

1.2 Анализ причин, влияющих на эксплуатационные характеристики высокоточных изделий

1.3 Анализ существующих разработок в области расчёта остаточных напряжений и прогнозирования остаточных деформаций

1.4 Формирование напряжённого состояния деталей в процессе механической обработки и управление им на основе режимов резания

1.5 Общие сведения о методе конечных элементов, его достоинства, недостатки, особенности выполнения

1.6 Исторические этапы развития существующих методик конечноэлементного анализа процесса механической обработки

1.7 Современные программные пакеты конечноэлементного анализа

1.8 Выводы по первой главе

1.9 Постановка цели и задач исследования

Глава 2 Теоретические основы и анализ возможности применения метода конечных элементов для исследования процесса механической обработки резанием

2.1 Математические зависимости метода конечных элементов

2.2 Соотношения «напряжения-деформации», используемые в конечноэлементном анализе

2.3 Выбор типа элементов для конечного анализа

в А^УЭ и Ь8-ЭтаА

2.4 Разработка алгоритма конечноэлементного анализа

2.5 Выводы по второй главе

Глава 3 Разработка математических и конечноэлементных моделей процесса механической обработки и формирования остаточных напряжений в поверхностном слое деталей

3.1 Основные положения и исходные данные

3.2 Модели пластического поведения материала заготовки

3.2.1 Выбор марки материалов для исследования

3.2.2 Учёт зависимости свойств материала от температуры

3.2.3 Разработка моделей пластического течения материала

3.3 Метод решения нелинейных задач

3.4 Расчёт сил и температур при токарной обработке

3.5 Построение конечноэлементных моделей обрабатываемой заготовки и режущего инструмента

3.6 Тепловая расчётная схема моделирования процесса резания

3.7 Силовая расчётная схема моделирования процесса резания

3.8 Методика моделирования процесса резания

3.9 Выводы по третьей главе

Глава 4 Экспериментальная оценка пригодности и адекватности разработанной методики для оценки напряжённого состояния деталей после механической обработки

4.1 Общие положения, исходные данные и план эксперимента

4.2 Традиционная методика проведения эксперимента

4.2.1 Исследуемые образцы, их конструкция, размеры и подготовка

4.2.2 Механическая обработка образцов

4.2.3 Исследование остаточных напряжений в образцах после механической обработки

4.3 Методика проведения виртуального численного эксперимента

в среде ANS YS на основе метода конечных элементов

4.3.1 Моделирование геометрии и физико-механических свойств исследуемого материала

4.3.2 Моделирование процесса резания для заданных технологических условий обработки

4.4 Сопоставление результатов, полученных в ходе реального эксперимента, с результатами, полученными методом численного моделирования

4.5 Проведение численных экспериментов для проверки адекватности откликов разработанных моделей резания

4.6 Выводы по четвёртой главе

Глава 5 Методика компьютерного анализа напряжённого состояния и деформаций деталей при проектировании технологического процесса их изготовления

5.1 Постановка задачи и методика решения

5.2 Вариант практической реализация расчётной методики на этапе технологической подготовки производства с применением систем автоматизированного проектирования

5.3 Экономическая эффективность внедрения предложенной расчётной методики в производство

5.4 Выводы по пятой главе

Заключение

Список литературы

ПРИЛОЖЕНИЕ А Фрагмент программы конечноэлементного анализа процесса резания для ANSYS/LS-DYNA

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Расчётное определение технологических остаточных напряжений на основе конечно-элементной модели процесса резания»

Введение

В современном мире, в условиях рынка и конкурентной борьбы, любое предприятие должно ориентироваться на выпуск качественной продукции, отвечающей требованиям и запросам потребителей. Для машиностроительных и авиационных предприятий требования часто сводятся к необходимости улучшения таких показателей качества изделия как надежность, долговечность, безопасность, ресурс. Эти показатели качества являются комплексными, зависят от огромного количества различных факторов и обеспечиваются на различных этапах жизненного цикла продукции. Поэтому, при всей простоте формулировки выполнить требования бывает очень трудно. Очень часто надёжность, долговечность и ресурс изделия зависят не только от того, насколько удачной получилась его конструкция, но и от того, как это изделие было собрано, и в каких условиях были получены образующие его детали. Для достижения требуемого уровня качества, приходится вносить изменения не только в конструкцию изделия, но и в технологический процесс его изготовления. И если в конструкции изделий часто заложено то, что невозможно изменить или исправить, то изменение технологических процессов изготовления деталей и сборки изделия дает широкие возможности по обеспечению требуемых показателей качества. В первую очередь это относится к условиям обработки, которые определяют состояние поверхностного слоя детали, её напряженно-деформированное состояние, оказывающее прямое влияние на эксплуатационные характеристики изделия.

Определение напряжённо-деформированного состояния сложных высокоточных изделий и деталей, входящих в эти изделия, является одной из основных задач, решение которой позволяет обеспечить их ресурс, долговечность и надёжность. Следует отметить, что, несмотря на большое количество работ в области исследования качества поверхностного слоя и анализа напряжённо-деформированного состояния деталей, по-прежнему недостаточно изучена проблема перераспределения остаточных напряжений в деталях сложной пространственной формы, при наличии концентраторов, при циклическом нагружении и т.д.

Решить эти проблемы можно путём разработки математических моделей формирования и перераспределения остаточных напряжений в поверхностном слое деталей при различных условиях, что позволит выявить закономерности их формирования и перераспределения, и даёт возможность управлять ими посредством изменения технологических условий обработки.

Все это требует совершенствования технологий, технических и интеллектуальных средств обеспечения производства. Особое место здесь занимают интеллектуальные средства, включающие в себя различные методы, рекомендации, программное обеспечение, являющиеся основой принятия решений по изменению или улучшению процесса изготовления деталей.

С другой стороны ключевым фактором в современных условиях является время. Чем меньше будут его затраты на внедрение изделия в производство, тем более значимым будет экономический эффект от его внедрения, тем лучше будет чувствовать себя предприятие в условиях конкурентной борьбы. То же относится и к процессу постоянного улучшения качества изделий.

В настоящее время существует недостаточное количество методов, по эффективному использованию их в производственных условиях, хотя любому современному предприятию эти методы просто необходимы. Выходом из сложившейся ситуации может стать разработка компьютерных систем, на основе научного подхода, обобщающих известные теоретические наработки, которые с минимальными затратами времени позволяют добиться хороших результатов, на основе использования механизмов прогнозирования и компьютерного анализа. Применительно к напряжённому состоянию деталей эти методы могут дать его предварительную оценку, спрогнозировать возможную деформацию, проанализировать пригодность деталей для сборки и эксплуатации, предложить рекомендации по назначению режимов резания, до того, как деталь будет изготовлена или отправлена в производство.

В данной работе автор рассматривает научно обоснованный подход к созданию такого метода и предлагает его использование для анализа напряжённого состояния деталей авиационных двигателей и управления им на основе техноло-

гических условий обработки. Применение данного метода в производственных условиях позволит сократить затраты на внедрение изделий, повысить их качество. Использованный в работе подход позволяет решать широкий круг задач, связанных с изготовлением деталей и сборкой из них изделий для любых отраслей производства.

Диссертация выполнена на кафедре «Технология авиационных двигателей и общего машиностроения» Рыбинского государственного авиационного технического университета имени П. А. Соловьёва и состоит из введения, пяти основных глав и заключения.

В первой главе рассматривается современное состояние вопроса по исследуемой проблеме. Анализируются имеющиеся теоретические и практические разработки, их ограничения. Оценивается значимость и необходимость решения имеющихся проблем. Приводится обоснование использования численных методов анализа. Предлагается метод конечных элементов, анализируются его возможности по моделированию процесса резания и возможность работы с величинами требуемой физической природы. Обосновывается цель исследования, определяется перечень задач, которые необходимо решить и возможные пути их решения.

Во второй главе приводятся основные теоретические положения метода конечных элементов, математические зависимости, необходимые для решения задач, связанных с упругими и пластическими деформациями, контактных задач, задач по разрушению деталей. Предлагается метод расчёта остаточных напряжений и деформаций.

В третьей главе изложена сущность предлагаемого метода расчёта. Рассмотрен алгоритм и реализация его отдельных этапов. Предлагается математический и программный аппарат, модели исследуемых объектов и явлений, приводятся обоснования принятых допущений и область применения предлагаемого метода.

Четвёртая глава посвящена подтверждению адекватности и применимости предложной методики для решения практических задач, возникающих при произ-

водстве высокоточных деталей. Рассматриваются задачи по расчёту напряжённо-деформированного состояния деталей в процессе резания, решается задача по обеспечению требуемого напряжённо-деформированного состояния деталей путём управления технологическими условиями обработки. Анализируется достоверность и обоснованность полученных результатов путём проведения экспериментальных исследований.

В пятой главе решается задача по выявлению связи между технологическими условиями обработки и геометрической точностью детали на примере диска ротора компрессора авиационного газотурбинного двигателя. Рассматривается возможность построения на основе предложенных методов и моделей комплексной методики расчёта остаточных напряжений и деформаций, которая может применяться на производстве и интегрироваться в компьютерные системы автоматизированного проектирования CAD, САМ и CAE класса. Даются рекомендации по её внедрению, приводится алгоритм работы технолога, оценивается возможная технико-экономическая отдача. Указываются возможные направления для использования.

Цель работы заключается в исследовании остаточных напряжений и геометрической точности деталей с применением компьютерного моделирования по методу конечных элементов.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

- проанализировать литературные источники, рассматривающие вопросы расчёта и оценки напряжённо-деформированного состояния высокоточных деталей после механической обработки, в том числе с использованием средств компьютерного моделирования;

- разработать компьютерную численную модель процесса резания на основе метода конечных элементов, учитывающую температурно-зависимые физико-механические свойства материала детали и режущего инструмента;

-разработать метод компьютерного моделирования процесса формирования в поверхностном слое деталей остаточных напряжений с учётом особенностей геометрии деталей, их материала и заданных технологических условий обработки;

- разработать алгоритм для расчёта возможных деформаций деталей после их механической обработки с заданными технологическими условиями;

- создать комплексную методику компьютерного моделирования геометрических отклонений, отклонений формы и размеров высокоточных маложёстких деталей на основе результатов компьютерного моделирования процесса резания.

Научная новизна заключается в разработке на основе метода конечных элементов теоретических положений (математических моделей, расчётных схем, алгоритмов), необходимых для моделирования процесса механической обработки резанием, а также для расчёта поля распределения остаточных напряжений в поверхностном слое деталей и деформации деталей после обработки с учётом их геометрических особенностей и физико-механических характеристик материала.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработанная методика при внедрении в производство позволит повысить эффективность разработки технологических процессов изготовления деталей за счет возможности прогнозирования поведения деталей в процессе эксплуатации и сборки. Разработанные алгоритмы и программы обеспечивают технолога необходимыми прикладными инструментами для назначения технологических условий обработки тонкостенных маложестких деталей.

На защиту работы выносятся следующие положения:

- компьютерная численная модель процесса резания на основе метода конечных элементов, учитывающая температурно-зависимые физико-механические свойства материала детали и режущего инструмента;

- метод компьютерного моделирования процесса формирования в поверхностном слое деталей остаточных напряжений с учётом особенностей геометрии деталей, их материала и заданных технологических условий обработки;

- алгоритм для прогнозирования возможных деформаций деталей после их механической обработки с заданными технологическими условиями;

- комплексная методика компьютерного моделирования геометрических отклонений, отклонений формы и размеров высокоточных маложёстких деталей на основе результатов компьютерного моделирования процесса резания.

Глава 1 Анализ проблемы, постановка цели и задач исследования

1.1 Анализ актуальности проблемы и необходимости её решения

В любом производстве сборка является заключительным и наиболее ответственным этапом создания изделия. Качество сборки во многом определяет его будущие эксплуатационные характеристики. Цель сборки - создание изделия с обеспечением его надёжного функционирования в течение установленного периода времени. При этом необходимо обеспечить поддержание всех его эксплуатационных характеристик в пределах, определённых конструкторскими, техническими и другими требованиями. В связи с этим процессу сборки необходимо уделять большое внимание, постоянно совершенствуя данный процесс. На стабильность и надёжность изделия влияет не только сам процесс сборки, но также состояние деталей входящих в изделие. Ресурс и надёжность авиационного газотурбинного двигателя (ГТД) полностью зависит от надёжности его деталей и сборочных единиц, среди которых наибольшее значение имеют роторы, являющиеся одними из наиболее ответственных и сложных узлов, от характеристик качества и точности изготовления которых зависят почти все эксплуатационные показатели авиационных ГТД.

На рисунке 1.1 показана схема ротора ГТД дискового типа. Особенностью его конструкции, как и конструкций других роторов современных двигателей, является то, что в их состав входит большое количество маложёстких тонкостенных деталей (см. рисунок 1.1), таких как валы, диски и кольца и др.

Так кольца имеют значительные диаметры при малой толщине стенки. Диски роторов компрессора и турбины имеют облегчённую конструкцию, за счёт минимальной толщины полотна диска (которая может достигать 3 мм) с усиленной ступицей и бандажным венцом. Валы имеют большую длину при малых диаметрах и толщине стенки. Подобные детали встречаются и в других узлах ГТД, например, в подшипниковых опорах, лабиринтах, трансмиссиях и т. д.

Кроме того, практически на всех этих деталях присутствуют различные конструктивные элементы, такие как канавки, отверстия, пазы, шлицы и т. п., что также снижает их жёсткость. Это хорошо видно на примере конструкций дисков роторов (рисунок 1.2).

а

Рисунок 1.2 - Пример конструкций дисков роторов: а) Диск 8 ступени КВД ТВД-1500; б) Диск 2 ступени КВД ГТД Д-ЗОКУ; в) Диск 10 ступени КВД ГТД Д - 30 КУ; г) Диск 11 ступени КВД ГТД Д - 30 КУ

Вместе с тем ротор работает в очень тяжёлых условиях, так как эксплуатируется при высоких скоростях вращения (до 12000 - 15000 об/мин), в агрессивной среде при больших рабочих температурах (порядка 400 - 1100 °С), при значительных центробежных и осевых нагрузках в условиях вибрации.

Всё это, вместе с относительно малой жёсткостью большинства деталей, способствует изменению их геометрической формы во время эксплуатации, причем весьма важную роль в этом играют остаточные напряжения, сформированные в поверхностном слое деталей при их механической обработке. Такое изменение геометрии деталей крайне негативно сказывается на надёжности изделия, под которой понимается возможность сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных условиях применения, хранения и транспортирования.

Изменение формы деталей во время эксплуатации приводит к изменению линейных размеров, неопределённости осевого положения деталей относительно вала и, как следствие, неопределёнными становятся величины зазоров между кромками лопаток ротора и направляющего аппарата, что вызывает существенное изменение эксплуатационных характеристик ГТД, которые могут привести к отказам и авариям авиационной техники. По данным статистики (рисунок 1.3 и рисунок 1.4), доля отказов авиационной техники по причинам поломки двигателей или нарушения их рабочих характеристик составляет порядка 58 % от всех видов технических отказов (рисунок 1.4, а).

□ ошибки авиационного персонала

□ отказы техники из-за конструктивно-производственных недостатков

Рисунок 1.3 - Основные группы причин отказов авиационной техники (по данным Межгосударственного авиационного комитета за 1992 - 2012 годы)

Среди основных причин таких отказов называется нарушение технических условий, достигнутых при сборке двигателя в процессе его эксплуатации (рисунок 1.4, б).

□ отказы двигателей

□ отказы шасси

□ отказы электроники

■ прочие отказы

□ Случайные факторы

и Нарушение геометрической точности деталей

□ Поломка деталей

□ Износ

■ Ошибки в конструкции б

Рисунок 1.4 - Причины отказов авиационной техники (по данным Межгосударственного авиационного комитета за 1992 - 2012 годы): б) технические причины отказов авиационной техники; в) причины отказов авиационных двигателей

Например, в связи с возникновением отклонений от перпендикулярности торцевых поверхностей дисков относительно их осей во время эксплуатации, вследствие появления пары сил, возникают дополнительные изгибающие моменты. Это может привести к изменению схемы базирования диска на валу, к локальному искривлению оси вала, к появлению дисбаланса ротора, к повышению нагрузки на опоры ротора, а также к нарушению величины осевого и радиального зазора между кромками лопаток ротора и направляющего аппарата в пределах одной ступени (рисунок 1.5). Поэтому, для обеспечения нормального функционирования, величины замыкающих звеньев размерных цепей ротора не должны изменяться сверх установленных допуском значений. Для этого следует определить те

2% 3%

факторы, которые являются причиной нестабильности геометрической формы деталей ротора, и разработать методику по минимизации их влияния на эксплуатационные свойства.

Ц±ТЦ/2

Рисунок 1.5 - Влияние отклонений от перпендикулярности торцевых поверхностей дисков на размерные характеристики собранного ротора: тах и $ т1П- максимальный и минимальный осевой зазор между кромками лопаток ротора и направляющего аппарата в пределах ¡-ой ступени; 8 - радиальный зазор между концевой частью пера лопатки и направляющим аппаратом в пределах ьой ступени

Остаточные напряжения в поверхностном слое деталей могут возникать после точения, фрезерования, шлифования и других методов механической обработки. Их появление связано с пластической деформацией материала заготовки при воздействии на него режущего инструмента и нагреванием поверхностных слоев выделяющейся в процессе резания теплотой (так называемые силовой и температурный факторы). Остаточные напряжения, сформированные в поверхностном слое деталей, влияют не только на их геометрическую точность но и могут существенно снизить их усталостную прочность [3], [6].

Величина остаточных напряжений напрямую связана с технологическими условиями изготовления деталей, а характер их распределения во многом зависит от геометрии и материала обрабатываемых деталей.

Для рассмотренных ранее деталей финишной операцией обработки является точение. Это продиктовано особенностями их геометрии и требованиями чертежей. Именно при финишном точении в поверхностный слой этих деталей закладываются остаточные напряжения, зависящие от технологических условий.

К техническим требованиям, которые наиболее часто задаются на чертежах рассматриваемых деталей, относятся требования к допускаемым величинам торцовых и радиальных биений поверхностей, являющихся конструкторскими базами (рисунок 1.6). В большинстве случаев, эти требования достаточно высоки (величины допусков составляют сотые доли миллиметра), а, учитывая большие диаметральные размеры деталей, выполнить их весьма сложно. Встречаются на чертежах требования к параллельности, к перпендикулярности, а также к форме поверхностей, например, в виде допусков на отклонения от цилиндричности, круг-лости и плоскостности.

Обеспечивают заданные чертежом требования в процессе механической обработки. Причём для жёстких деталей, с невысокими требованиями к точности формы и расположения поверхностей, достаточным подтверждением их годности являются операции окончательного контроля. Для точных маложёстких деталей технология изготовления должна быть такой, чтобы обеспечить выполнение требований не только после обработки деталей, но и на протяжении всего срока их службы, а геометрические отклонения, вызванные перераспределением остаточных напряжений, не могли нарушить эти требования. То есть, разрабатывая технологию изготовления таких деталей нужно иметь возможность прогнозировать величины остаточных деформаций, сравнивая их с заданными требованиями к форме, размерам и расположению поверхностей, и управлять ими за счёт изменения технологических условий обработки.

Следовательно, необходимость учёта требуемой величины остаточных напряжений при назначении технологических условий объясняется тем, что остаточные напряжения зачастую оказывают негативное влияние на качество готовых деталей и изделий. Например, приводят к появлению недопустимых остаточных деформаций и короблений деталей, к появлению трещин и даже к разрушению деталей. Появление остаточных деформаций деталей нарушает эксплуатационные характеристики изделий, так как при нарушении геометрии деталей, изменяется форма и расположение поверхностей, меняются предусмотренные конструкцией зазоры, появляются биения и вибрации. Таким образом, учёт остаточных напряжений при назначении технологических условий обработки позволит обеспечить неизменяемость геометрической формы и размеров деталей сверх своих предельных отклонений в процессе сборки и эксплуатации.

Таким образом, основываясь на рассмотренных проблемах, в качестве объекта исследования принимаем группу тонкостенных деталей авиационных двигателей, финишным этапом обработки которых является точение, а основным направлением исследования будет являться анализ остаточных напряжений и деформаций таких деталей после обработки резанием.

1.2 Анализ причин, влияющих на эксплуатационные характеристики

высокоточных изделий

Основной причиной изменения геометрической формы деталей в процессе эксплуатации является перераспределение остаточных напряжений вследствие релаксации и, как следствие, появление остаточных деформаций, так как природа изменения формы детали во времени лежит в создании в материале деталей неравномерных напряжений. Чем выше уровень остаточных напряжений в различных поверхностных слоях деталей, чем существеннее несимметричное расположение эпюр остаточных напряжений, тем интенсивнее деформируются детали. Особое значение это имеет для высокоточных деталей авиационной техники в связи с тем, что возникающие погрешности могут быть соизмеримы с допусками [6]. В таблицах 1.1-1.4 приведены результаты контроля дисков КВД ДЗО-КУ после их эксплуатации в составе изделия, которые наглядно подтверждают изложенные факты. В таблицах 1.1-1.4: цифрами 1, 2 ... 8 и буквами А, В, С обозначены точки, в которых осуществлялись замеры.

Таблица 1.1 - Величины радиального и осевого биения диска

в миллиметрах

Диск 11 ступени КВД авиационного ГТД ДЗО-КУ

В Номер ТОЧКИ А В С

А О Г с <1 Жъ 1 ' . 1 0,142 0,082 0,140

2 0,161 0,110 0,163

1 \ / / /// 3 0,174 0,064 0,170

г- 7 Ш 0,292 0,212 0,289

и и /) 3 4

Г / 5 0,400 0,204 0,386

1 А > 1 с =3 6 4 /у 6 0,685 0,078 0,672

5 7 0,322 0,072 0,319

в 8 0,191 0,081 0,188

Таблица 1.2 - Величины радиального и осевого биения диска

в миллиметрах

Диск 10 ступени КВД авиационного ГТД Д30-КУ

<1

о

<1

Номер точки

1

6

7

0,230

0,240

0,260

0,390

0,590

0,481

0,336

0,242

В

0,031

0,062

0,072

0,097

0,141

0,124

0,054

0,046

С

0,228

0,237

0,258

0,385

0,586

0,477

0,329

0,239

Таблица 1.3 - Величины радиального и осевого биения диска

в миллиметрах

Диск 1 ступени КВД авиационного ГТД Д30-КУ

Номер точки

1

А

0,082

0,101

0,164

0,312

0,214 0,172 0,098 0,081

В

0,040

0,080

0,061

0,044 0,106 0,076 0,024 0,052

С

0,084

0,097

0,159

0,309 0,210 0,169 0,095 0,098

Таблица 1.4 - Величины радиального и осевого биения диска

в миллиметрах

Диск 2 ступени КВД авиационного ГТД ДЗО-КУ

О

<1

зйЯи

С

1-Э—

О

<

№ точки

1

4

В

С

0,820

0,055

0,818

1,150

0,081

1,144

1,082

0,194

1,077

0,806

0,520

0,364

0,510

0,768

0,050

0,034

0,035

0,037

0,068

0,801

0,518

0,359

0,508

0,765

Появление этих отклонений неприемлемо, так как может привести к значительному ухудшению рабочих характеристик (см. п. 1.1) и даже к выходу из строя изделия, что недопустимо для авиационных двигателей, где исключительно важна безопасность. Для устранения негативного влияния остаточных напряжений необходимо найти пути эффективного управления их формированием в процессе обработки.

Для начала рассмотрим причины возникновения остаточных напряжений. Эти причины можно классифицировать по нескольким основным группам:

- конструктивные, когда в самой конструкции детали заложены предпосылки для возникновения остаточных напряжений;

-производственно-технологические при изготовлении деталей, обусловлены технологическими причинами, такими как используемый маршрут обработки, а также режимы термической и механической обработки;

-производственно-технологические при сборке узлов и изделий, обусловлены особенностями технологического процесса сборки;

-эксплуатационные, вызванные спецификой эксплуатации и технического обслуживания изделия.

Так как известен факт влияния конструктивных параметров на возникновение в поверхностных слоях деталей сложной картины неравномерного напряжённого состояния, то одним из способов влияния на степень и распределение остаточных деформаций может являться использование оптимального материала, рациональной конструкции деталей с наименьшим количеством концентраторов напряжений, а также увеличение жёсткости детали. Но поскольку основой разработки высоконадёжных двигателей является опыт создания подобных или аналогичных типов изделий, то в новых изделиях зачастую используются оправдавшие себя в эксплуатации принципиальные и конструктивные схемы как двигателя в целом, так и отдельных его частей, узлов и деталей. Поэтому в подавляющем большинстве случаев изменение конструкции деталей с целью уменьшения концентраторов напряжений, как правило, не производится. Так же, как правило, не повышают жёсткость деталей, так как это приводит к увеличению массы, что негативно сказывается на эксплуатационных характеристиках авиационных двигателей.

Сборка, как наиболее ответственная часть технологического процесса производства ротора, из-за своей специфики существенно влияет на возникновение и распределение остаточных напряжений. На этом этапе производства часто имеют место технологии, ведущие к значительному увеличению уровня напряжений на контактирующих поверхностях деталей, например, обжатие ротора на прессе. При этом номинальные напряжения могут достигать половины предела прочности материала, но применение современных методов сборки, в частности использование виртуальной сборки, позволяют минимизировать влияние сборки на увеличение или перераспределение остаточных напряжений. Но даже применение прогрессивных технологий сборки, позволяющих собирать роторы без приложения к ним значительных нагрузок, ведущих к возникновению остаточных напряжений, не

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Болотеин, Алексей Николаевич, 2014 год

Список литературы

1) Абрамов, В. В. Напряжения и деформации при термической обработке стали [Текст] / В. В. Абрамов. - Киев; Донецк : Вища школа, 1985. - 133 с.

2) Безъязычный, В. Ф. Метод подобия в технологии машиностроения [Текст] / В. Ф. Безъязычный - М. : Машиностроение, 2012. - 320 с.

3) Безъязычный, В. Ф. Свойства сплавов в экстремальном состоянии [Текст] / В. Ф. Безъязычный, Б. М. Драпкин, В. К. Кононенко. - М. : Машиностроение, 2004. - 256 с.

4) Безъязычный, В. Ф. Расчет режима обработки, обеспечивающего комплекс параметров поверхностного слоя и точность обработки [Текст] // Справочник. Инженерный журнал. 1998. - № 9. - С. 13-18.

5) Безъязычный, В. Ф. Технологическое обеспечение параметров поверхностного слоя деталей ГТД [Текст] / В. Ф. Безъязычный, Ю. К. Чарковский Ярославль, 1989. - 72 с.

6) Безъязычный, В. Ф. Влияние качества поверхностного слоя после механической обработки на эксплуатационные свойства деталей машин [Текст] // Справочник. Инженерный журнал (Приложение). 2001. - № 4. - С. 9-16.

7) Биргер, И. А. Остаточные напряжения [Текст] / И. А. Биргер. - М. : Машгиз, 1963.-232 с.

8) Биргер, И. А. Сопротивление материалов [Текст] / И. А. Биргер, Р. Р. Мавлютов. - М. : Наука, 1989. - 560 с.

9) Бордзыка, А. М. Релаксация напряжений в металлах и сплавах [Текст] / А. М. Бордзыка, Л. Б. Гецов. - изд. 2-е, перераб. и доп. - М. : Металлургия, 1978. -256 с.

10) Букатый, С. А. Прогнозирование коробления деталей ГТД после обработки поверхностей на основе исследования остаточного напряженного состояния материала [Текст] : дис. ... д-ра техн. наук / Букатый Станислав Алексеевич - Рыбинск : РГАТА, 1996. - 32 с.

11) Булыгин, И. П., Власова П. Т., Горбодей А. Т., Селиверстова П. М., Чупахин С. Е. Атлас диаграмм растяжения при высоких температурах, кривые ползучести и длительной прочности сталей и сплавов для двигателей [Текст] -М. : Оборонгиз, 1980. - 174 с.

12) Васильев, А. С., Кондаков А.И., Никадимов Е.Ф. Проектирование технологических процессов изготовления изделий с учетом взаимного влияния формируемых показателей качества [Текст]. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003.

13) Вивденко, Ю. Н. Обеспечение требований формы тонкостенных деталей ГТД регулированием остаточных напряжений в процессе изготовления [Текст] // Поверхность: технологические аспекты прочности деталей. - Уфа, 1994. с. 40^15.

14) Вивденко, Ю. Н. Предотвращение коробления дисков турбомашин при размерной обработке [Текст]. - М. : Машиностроение, 1984. - 32 с.

15) Виноградов, Ю. В. Моделирование процесса резания металла методом конечных элементов [Текст] : диссертация канд. техн. наук. - Тула, 2004. - 119 с.

16) Галлагер, Р. Метод конечных элементов. Основы. [Текст] Пер. с англ. -Москва : Мир, 1984. - 428 с.

17) Гольдшмидт, М. Г. Деформация и напряжения при резании металлов [Текст]. - Томск : 8ТТ, 2001.- 180 с.

18) Горшков, А. Г. Старовойтов Э. И. Тарлаковский Д. В. Теория упругости и пластичности [Текст]. - М. : ФИЗМАТ ЛИТ, 2002. - 416 с.

19) Дальский, А. М. Технологическое обеспечение надежности высокоточных деталей машин [Текст]. - М. : Машиностроение, 1985. - 224 с.

20) Дальский, А. М., Кулешова 3. Г. Сборка высокоточных соединений в машиностроении [Текст]. - М. : Машиностроение, 1988. - 304 с.

21) Демин, Ф. И., Проничев Н. Д., Шитарев И. Л. Технология изготовления основных деталей газотурбинных двигателей [Текст]. - М. : Машиностроение, 2002. - 328 с.

22) Жаропрочные стали и сплавы. [Текст] Справочное издание / С. Б. Масленков, - М. : Металлургия, 1983. - 192 с.

23) Залога, В. А., Криворучко Д. В. О выборе уравнения состояния обрабатываемого материала для моделирования процесса резания методом конечных элементов [Текст] // Вестник СумГУ, - 2006. - № 56.

24) Зенкевич, О. Метод конечных элементов в технике [Текст]. / Пер. с англ. - М. : Мир, 1987. - 541 с.

25) Зорев, Н. Н. Исследование элементов механики процесса резания [Текст]. - М. : Машгиз, 1989. - 364 с.

26) Инженерия поверхности деталей [Текст] / А. Г. Суслов, В. Ф. Безъязычный, Ю. В. Панфилов ; Колл. авт. ; Под. ред. А. Г. Суслова. - М. : Машиностроение, 2008. - 320 с.

27) Иноземцев, А. А, Сандрацкий В. Л. Газотурбинные двигатели [Текст] -Пермь : ОАО «Авиадвигатель», 2006. - 1204 с.

28) Каплун, А. Б. и др. А^УЭ в руках инженера: Практическое руководство [Текст]. / А. Б. Каплун, Е. М. Морозов, М. А. Олферьева. - М. : Едиториал УРСС, 2003. - 272 с.

29) Кожевников, И. Г., Новицкий Л. А. Теплофизические свойства материалов [Текст]: Справочник / Под общ. ред. И. Г. Кожевникова. - М. : Машиностроение, 1988. -286 с.

30) Кожина, Т. Д. Технологические основы управления и контроля эксплуатационными показателями деталей машин [Текст] / Т. Д. Кожина.

- Рыбинск : РГАТА, ОАО «НПО«Сатурн», 2005. - 519 с.

31) Концепция создания системы автоматизированного проектирования процессов резания в технологии машиностроения [Текст] / С. И. Пестрецов, К. А. Алтунин, М. В. Соколов, В. Г. Однолько. - М. : Издательский дом «Спектр», 2012.-212 с.

32) Коррозионностойкие, жаростойкие и высокопрочные стали и сплавы [Текст]: Справ, изд. / А. П. Шлямнев. и др. - М. : «Интернет Инжиниринг», 2000.

- 232 с.

// Прогрессивные технологии чистовой и отделочной обработки. - Челябинск : ЧГТУ, 1995,-С. 12-18.

34) Кравченко, Б. А., Круцило В. Г. Механизм формирования остаточных напряжений при свободном резании закаленных сталей [Текст] / Б. А. Кравченко,

B. Г. Круцило. - Куйбышев : Труды КптИ, 1980. С. 91-97.

35) Лицов, А. Е. Разработка расчетного метода определения технологических условий концевого фрезерования маложестких сложнопрофильных деталей с учетом их деформаций [Текст] : диссертация канд. техн. наук. - Рыбинск, 2005. - 156 с.

36) Мазур, В. К. Технологические остаточные деформации маложестких валов и методы их снижения : диссертация канд. техн. наук [Текст] / В. К. Мазур. - Тольятти, 2001. - 264 с.

37) Маталин, А. А. Точность механической обработки и проектирование технологических процессов [Текст] / А. А. Маталин- Л.: Машиностроение, 1980.-320с.

38) Моисеев, Ю. А., Челышев С. В. Технологическая надежность сложного изделия и её отработка [Текст] / Ю. А. Моисеев, С. В. Челышев. - М. : Едиториал УРСС, 2003.- 176 с.

39) Мухин, В. С. и др. Модифицирование поверхности деталей ГТД по условиям эксплуатации [Текст] / В. С. Мухин, А. М. Смыслов , С. М. Боровский. -М. : Машиностроение, 1995. - 256 с.

40) Направленное формирование свойств изделий машиностроения [Текст] / А. С. Васильев, А. М. Дальский, Ю. М. Золотаревский, А. И. Кондаков ; Под ред. А. И. Кондакова. - М. : Машиностроение, 2005. - 325 с.

41) Непомилуев, В. В. Разработка технологических основ обеспечения качества сборки высокоточных узлов газотурбинных двигателей [Текст] : диссертация д-р техн. наук. - Рыбинск, 2000. - 356 с.

42) Непомилуев, В. В., Ильина М.Е. Применение метода имитационного моделирования для исследования влияния качества изготовления деталей на качество сборки ротора ГТД [Текст] // Инструмент и технологии, 2001, № 5-6,

C. 40-44.

43) Овсеенко, А. Н. Технологические основы методов снижения остаточных деформаций и обеспечения качества обработки высоконагруженных деталей энергомашин [Текст]: диссертация д-р техн. наук. - Москва, 1985. - 558 с.

44) Овсеенко, Е. С. Обеспечение качества изготовления маложестких деталей типа дисков газотурбинных установок за счет снижения технологических остаточных деформаций [Текст]: диссертация канд. техн. наук. - Москва, 2011. -144 с.

45) Ольхов, В.Е. Применение метода конечных элементов для САПР режущего инструмента с целью выбора геометрии токарных резцов [Текст] : диссертация канд. техн. наук. - Горький, 1987. - 134 с.

46) Оптимизация технологических условий механической обработки деталей авиационных двигателей [Текст] / В. Ф. Безъязычный, Т. Д. Кожина, А. В. Константинов, В. В. Непомилуев и др. - М. : Изд-во МАИ, 1993. - 184 с.

47) Остафьев, В. А., Мясищев А. А., Ковальчук С. С. К вопросу об анализе контактных нагрузок на поверхности режущего инструмента. [Текст] / Вестник машиностроения, - № 4, - 1992. - С. 47 - 49.

48) Остафьев, В. А. Определение напряженно-деформированного состояния при срезании металла клином [Текст] / В. А. Остафьев. Проблемы прочности. - 1973. -№1, С. 66 - 69.

49) Прогрессивные технологии в машиностроении [Текст] : тематический сборник научных трудов / В. И. Гузеев, И. Я. Мирнов, Ю. И. Мясников, П. Г. Мазеин, В. Ю. Шамин ; Под ред. И. Я. Мирнова. - 2-е изд., перераб. -Челябинск : Южно-Уральский государственный университет, 2006. - 225 с.

50) Резников, А. Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов [Текст] / А. Н. Резников. - М. : Машиностроение, 1981. - 279 с.

51) Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов [Текст] : Справочник / В. И. Мяченков, В. П. Мальцев, В. П. Майборода, и др.; Под общ. ред. В. И. Мяченкова. - М. : Машиностроение, 1989.-520 с.

52) Силин, С. С. Метод подобия при резании материалов [Текст] / С. С. Силин. - М. : Машиностроение, 1979. - 152 с.

53) Системы автоматизированного проектирования: В 9-ти кн. Кн. 4. Математические модели технических объектов [Текст] / В. А. Трудоношин, Н. В. Пивоварова ; Под ред. И. П. Норенкова. - М. : Высш. шк., 1986. - 160с.

54) Соболев, А. Н. Исследование процессов пластического деформирования с использованием пакета А1Ч8У8/ЕВ5.6. [Текст] / А. Н. Соболев. // Автоматизация и управление в машиностроении, 2001, - №16. -С. 32^46.

55) Справочник по конструкционным материалам: справочник [Текст] / Б. Н. Арзамасов, Т. В. Соловьева, С. А. Герасимов и др. ; Под ред. Б. Н. Арзамасова, Т. В. Соловьевой ; - М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005. - 640 с.

56) Станкевич, С. А. Разработка на основе метода конечных элементов модели и способа управления траекторией рабочего движения инструмента при фрезеровании сложнопрофильных деталей на примере лопаток компрессора ГТД [Текст] : диссертация канд. техн. наук. - Рыбинск, 2008. - 190 с.

57) Старков, В. К. Обработка резанием. Управление стабильностью и качеством в автоматизированном производстве [Текст] / В. К. Старков. -М. : Машиностроение, 1989. - 296 с.

58) Сулима, А. М. и др. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин [Текст] /А. М. Сулима, В. А. Шулов, Ю. Д. Ягодкин. - М. : Машиностроение, 1988. - 240 с.

59) Суслов, А. Г. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств контактирующих деталей [Текст] : автореферат дисс. д-ра техн. наук / А. Г. Суслов. Москва, 1982. - 38 с.

60) Суслов, А. Г. Научные основы технологии машиностроения [Текст]. / А. Г. Суслов, А. М. Дальский. - М. : Машиностроение, 2002. - 684 с.

61) Технологическая наследственность в машиностроительном производстве [Текст] / А. М. Дальский, Б. М. Базров, А. С. Васильев и др. ; Под ред. А. М. Дальского. - М. : Изд-во МАИ, 2000. - 364 с.

62) Подзей, А. В., Сулима А. М., Евстигнеев М. И. Технологические остаточные напряжения [Текст]. Под ред. А. В. Подзея. - М. : Машиностроение, 1973.-216 с.

63) Третьяков, А. Р., Трофимов Г. К., Гурьянова М. К. Механические свойства сталей и сплавов при пластическом деформировании [Текст] : Справочник. -М. : Машиностроение, 1971 - 142 с.

64) Чернявский, А. О. Метод конечных элементов. Основы практического применения [Текст] // Справочник. Инженерный журнал. Приложение № 10, -2003.-24 с. - № 11.-24 с.

65) Чечулин, Б. Б., Ушков С. С., Разуваева И. Н., Гольдфайн В. Н. [Текст] Титановые сплавы в машиностроении. - j1. : Машиностроение, 1977. - 248 с.

66) Шарова, Т. В. Разработка теоретического метода определения остаточных напряжений при точении сталей и сплавов с учетом температурного и силового факторов [Текст]. / Т. В. Шарова // Автореферат канд. диссертации. Уфа, 1976.-24 с.

67) ANSYS 12 Theory Reference, LS-DYNA User's Guide / SAS IP, Inc., 2009.

68) Childs, T. Metal Machining. Theory and Applications / T. Childs, K. Maekawa, T. Obikawa, Y. Yamane. University of Leeds, UK, Ibaraki University, Japan, Tokyo Institute of Technology, Hiroshima University, Japan, 2000. - 410.

69) Maekawa, K. and Maeda M. Simulation analysis of three-dimensional continuous chip formation processes - FEM formulation and a few results. - Japan Soc. Prec. Eng., 1993. 59(11), 1827-1833.

70) Shinozuka, J. Formulation of Finite Element Method for cutting process performed. Tokyo Institute of Technology, 1999, 56 - 68.

71) Usui, E. and Shirakashi T. Mechanics of machining - from descriptive to predictive theory. ASME Publication, 1982. PED 7, 13 - 35.

72) Usui, E., Shirakashi T. and Obikawa T. Simulation analysis of cutting fluid action. J. Japan Soc. Prec. Eng., 1977. 43(9), 1063 - 1068.

73) Zienkiewicz, О. C. The Finite Element Method in Engineering Science 2nd edn, Ch 18. London : McGraw-Hill, 1971 - 1988.