Учебное пособие 800522
.pdf
Г. А. Сухочев, С. Н. Коденцев, Е. Г. Смольянникова
ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ. ПРОБЛЕМНО ОРИЕНТИРОВАННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ И ИЗДЕЛИЙ
Учебное пособие
Воронеж 2021
0
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный технический университет»
Г. А. Сухочев, С. Н. Коденцев, Е. Г. Смольянникова
ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ. ПРОБЛЕМНО ОРИЕНТИРОВАННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ И ИЗДЕЛИЙ
Учебное пособие
2-е издание, переработанное и дополненное
Воронеж 2021
1
УДК 621(075.8) ББК 34.5я7
С914
Рецензенты:
кафедра машиностроительных технологий Воронежского государственного лесотехническогоуниверситетаим.Г.Ф. Морозова (и.о. зав. кафедрой д-р техн. наук, доц. А. М. Кадырметов);
д-р техн. наук, проф. А. В. Кузовкин
Сухочев, Г. А.
Технология машиностроения. Проблемно ориентированное обеспечение производственной технологичности конструкций С914 и изделий: практикум [Электронный ресурс]. – Электрон. текстовые и граф. данные (4,1 Мб) / Г. А. Сухочев, С. Н. Коденцев, Е. Г. Смольянникова. - 2-е изд., перераб. и доп. - Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2021. – 1 электрон. опт. диск (CDROM): цв. – Систем требования: ПК 500 и выше; 256 Мб ОЗУ; Windows XP; SVGA с разрешением 1024х768; Adobe Acrobat;
CD-ROM дисковод; мышь. – Загл. с экрана.
ISBN 978-5-7731-0999-0
Пособие содержит материалы по обеспечению технологичности
перспективных |
изделий |
машиностроения |
применительно |
к |
|||
технологическим проблемам производства. |
|
|
|
|
|||
Предназначено |
для |
студентов |
направлений |
15.03.05 |
|||
«Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» (профиль «Технология машиностроения»), 15.04.01 «Машиностроение» (программа магистерской подготовки «Современные технологии производства в машиностроении») по дисциплине «Технология машиностроения», специальности 24.05.02 «Проектирование авиационных и ракетных двигателей» по дисциплине «Технология изготовления деталей и сборка ЖРД» всех форм обучения.
Ил. 35. Табл. 13. Библиогр.: 8 назв.
|
УДК 621(075.8) |
|
ББК 34.5я7 |
ISBN 978-5-7731-0999-0 |
Сухочев Г. А., Коденцев С. Н., |
|
Смольянникова Е. Г., 2021 |
|
ФГБОУ ВО «Воронежский |
|
государственный технический |
|
университет», 2021 |
2
ВВЕДЕНИЕ
Перспективные изделия машиностроения – основной сегмент какой-либо отрасли, реализующий инновации в основном с помощью научно-исследовательских и опытноконструкторских работ, подразумевают под собой инвестиции в науку и производство. Наукоёмкое производство стало эффективно проявляться в конце XX – начале XXI вв., обозначив собой быстро развивающиеся отрасли.
К ним можно отнести: исследования космоса; телекоммуникации; автоматизированные системы управления; нанотехнологии; медицинское оборудование и технологии.
Наиболее проработанные в настоящее время отечественной промышленностью индустрия исследования космоса имеет фундаментальный задел по использованию наукоемких технологий при создании ракетных двигателей и систем, их испытаниях, транспортировании на стартовые комплексы и управлении их наземным, орбитальным или межпланетным позиционированием.
Создание такого наукоемкого изделия – уникальная конструкторско-технологическая задача с использованием для этого передовых технических, зачастую еще не освоенных в производстве, конструкторско-технологических решений для достижения приоритетного в космонавтике технического эффекта: удельной тяги, полезной нагрузки и др.
В современных рыночных условиях не менее актуальны задачи, которые обеспечивают максимально возможное снижение затрат труда, материалов и энергии на всех этапах жизненного цикла изделий, включая обслуживание и ремонт у потребителя. Успешное сочетание этих задач зависит от делового творческого содружества создателей новой техники - конструкторов и технологов - и их взаимодействия с изготовителями и потребителями на всех этапах разработки конструкции изделия и его жизненного цикла.
3
Несомненно, первостепенная роль в обеспечении технологичности принадлежит конструктору, закончившему магистратуру, который должен руководствоваться соображениями не только технической, но и экономической целесообразности проектируемой конструкции, ее эргономики, уметь использовать вместе с технологом оптимальные решения, которые обеспечивают достижение заданных показателей качества изделия при рациональных затратах ресурсов, расходуемых на его создание и применение.
Возможности освоения новых изделий в определяющей мере зависят от текущих и перспективных возможностей предприятия, поэтому решающую роль в технологическом обеспечении процессов разработки новых нетрадиционных методов обработки перспективных материалов с использованием комбинированных воздействий различного рода на обрабатываемую поверхность, освоения и выпуска продукции заданного качества играет технолог. Независимо от того, где он работает: в НИИ, проектном КБ, на производственном предприятии или в специализированной технологической организации.
Каждый магистр-технолог обязан знать научнотехнические основы обеспечения технологичности конструкции изделия, уметь руководствоваться современными требованиями, предъявляемыми к конструкции изделия на этапах его разработки и освоения, и всегда быть готовым решать в содружестве с конструктором вопросы, связанные с конструкторско-технологической подготовкой производства нового конкурентоспособного изделия.
4
1. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИЗДЕЛИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ
1.1. Прогрессивные конструктивно-технологические решения в машиностроении
На момент начала освоения современного поколения наукоемких изделий машиностроения, таких как мощные высокоресурсные энергетические установки и авиационнокосмические двигатели предприятия соответствующих отраслей машиностроения располагали значительными техническими и производственными возможностями, заложенными в предшествующие периоды и явившимися наследием работ по аналогичным изделиям более раннего ряда. Это отдельные технологические направления:
вакуумное точное литье по выплавляемым моделям;
гранульная металлургия, использующая горячее изостатическое прессование;
высокоточная механическая обработка на станках с ЧПУ предыдущего поколения;
термовакуумные теплозащитные и коррозионностойкие покрытия;
электроннолучевая перфорация;
электроэрозионная обработка;
гидро -, газодинамические, вибрационные и климатические испытания;
высокочастотная балансировка роторов;
лабораторные металловедческие и метрологические исследования;
параллельная и независимая сборка отдельных агре-
гатов;
5
модельные и штатные прочностные и параметрические испытания.
Все эти решения отличались довольно низкой технологичностью, ощущался недостаток специального оборудования и инструмента. Существующего технологического задела для изготовления и сборки в полном объеме новых наукоемких двигателей, с учетом особенностей конструкции и эксплуатации, а также решения вопросов обеспечения заданного качества было недостаточно.
Высокие технические характеристики двигателей последнего поколения определили необходимость внедрения новых конструкторско-технологических решений для обеспечения высоких удельных энергетических параметров и минимальной массы двигателей. И при их разработке были впервые применены уникальные конструктивно-технологи- ческие решения:
перепрофилирование каналов оребрённых оболочек для обеспечение надежного охлаждения элементов камеры сгорания при высоких тепловых потоках и низких расходах горючего;
создание высокоэкономичных форсунок;
введение специальных поясов завесы для внутреннего охлаждения блоков камер сгорания;
интенсификация процессов теплообмена в тракте охлаждения за счет организации искусственной шероховатости на проточных поверхностях каналов;
применение высокопрочных материалов, обеспечивающих необходимую форму высотного сопла при действии боковых усилий, возникающих при отрыве продуктов сгорания от внутренней стенки сопла;
использование высокопрочного припоя, не приводящего к запаям в каналах охлаждения оболочек с малой высотой оребрения;
6
высокоточная раскатка внутренней стенки сопла с минимальной разнотолщинностью;
высокоэффективное теплозащитное покрытие труднодоступных внутренних поверхностей камеры сгорания;
высокорасходные конструкции для фильтрации компонентов в различных местах камеры, турбонасосного агрегата (ТНА), газогенератора и двигателя в целом;
надежные автоматические средства подавления колебаний при горении продуктов в камере сгорания;
снижение потерь и повышение энергетических и ресурсных характеристик агрегатов подачи за счет высокоточного изготовления деталей и сборочных единиц (ДСЕ);
формообразования проточных трактов на электроэрозионных станках с ЧПУ и последующей отделочноупрочняющей, в том числе комбинированной обработки рабочих поверхностей нагруженных деталей;
получение минимальных зазоров и высокоточных настроек агрегатов регулирования и автоматики, обеспечиваемые изготовлением ДСЕ на высокоточных станках с ЧПУ с микронной точностью;
обеспечение герметичности и геометрической точности ДСЕ за счет применения электронно-лучевой сварки тонкостенных элементов;
обеспечение точности геометрического вектора тяги двигателя за счет адаптивной компенсации расположения осей камер при сборке двигателя;
обеспечение необходимого зазора в подвижных и неподвижных элементах двигателя на общей сборке;
совмещенные контрольно-технологичные испытания агрегатов и двигателей в целом с использованием имитационного моделирования рабочих процессов комплексных средств измерений быстроменяющихся параметров.
Все эти процессы необходимо реализовывать на нетехнологичных нежестких конструкциях и оболочках, в
7
технологически труднодоступных местах (полости, глубокие и узкие каналы), где обработка традиционными методами металообработки невозможна или не обеспечивает заданного уровня показателей качества.
1.2. Конструктивные элементы с проблемно низкой технологичностью
В качестве примера низкого уровня технологичности показательны нагруженные детали с узкими межлопаточ-
ными каналами сложного профиля.
Классифицируя детали, имеющие межлопаточные каналы сложного профиля, можно выделить следующие типовые объекты:
односторонние открытые колеса компрессоров (рис. 1.1), где доступ традиционного металлообрабатывающего инструмента затруднен из-за сложного пространственного профиля лопаток;
8
Рис. 1.1. Рабочее колесо компрессора агрегата турбонаддува
крыльчатки с закрытыми каналами переменного профиля, недоступными для профилированного инструмента (рис. 1.2);
Рис. 1.2. Крыльчатки с каналами, закрытыми покрывным диском
турбины высокооборотных компрессоров (рис. 1.3)
сбольшим количеством лопаток, экономически нецелесообразной трудоемкостью механической обработки и негарантированным качеством пайки покрывного диска;
турбины высокооборотных турбонасосных агрегатов с узкими межлопаточными каналами, выполненными в цельной заготовке и недоступными для профилированного инструмента (рис. 1.4).
9