2848

дования (шаг выступов) имеют большую роль. Обычно высота данных выступов (h) составляет 0,1-0,7 мм при наиболее рациональном шаге (L) 12…14h. В большинстве случаев турбулизаторы выполняют только на внутренней торцевой стенке канала (как показано на рис. 2), т.к. она является наиболее термонагруженой, а остальные поверхности канала не обрабатывают.

Рис. 1. Каналы охлаждения оболочки камеры сгорания ЖРД: а – общий вид оболочки камеры сгорания; б – поперечное сечение каналов охлаждения с прямолинейной осью; в, г – поперечное сечение каналов охлаждения с пространственноизогнутой осью

Рис. 2. Выступы-турбулизаторы потока на поверхности охлаждающего канала камеры сгорания ЖРД: а – общий вид оболочки камеры сгорания; б – продольное сечение канала охлаждения с выступамитурбулизаторами

61

В настоящее время выступы-турбулизаторы получают различными методами, в число наиболее распространенных из которых можно отнести накатку впадин (относится к методам пластического деформирования). Серьезными недостатками данного метода являются труднообрабатываемость жестких материалов, возможность деформирования внутренней поверхности детали, низкая производительность.

Другим методом получения рассматриваемых элементов является электроэрозионная прошивка (ЭЭО) впадин (размерное прошивание углублений). При этом методе обработки в большинстве случаев за один технологический переход получают несколько впадин, что положительно сказывается на производительности обработки. Однако вследствие термического влияния ЭЭО в поверхностном слое детали в ряде случаев могут возникать растягивающие остаточные напряжения, которые могут стать причиной трещинообразования при эксплуатации изделия [2, стр. 25-26]. Также существенным недостатком данного метода является износ электродаинструмента, при неравномерном протекании которого возможно ухудшение точности обработки.

Наиболее перспективным, на наш взгляд, является электрохимическая обработка (ЭХО) данных элементов по схеме с неподвижным электродом-инструментом (см. рис. 3).

Рис. 3. Схема получения выступов-турбулизаторов методом ЭХО с неподвижным электродом-инструментом: а – начальный момент обработки; б – конечный момент обработки; в – продольное сечение электрода-инструмента

62

Электрод-инструмент (ЭИ) для данной схемы представляет собой металлический стержень с рабочими поверхностями, равноудаленными от соответствующих участков обрабатываемой поверхности канала, и повторяющими форму получаемых впадин (с учетом припусков). На боковую поверхность ЭИ, напротив местных углублений рабочей части, крепятся диэлектрические вставки, обеспечивающие межэлектродный зазор как в торцевом (радиальном относительно детали), так и боковом (между ребрами канала) направлении. Электролит подается в канал ЭИ и по отверстиям, расположенным в местах углублений стержня, подводится в зону обработки. Из зоны обработки электролит выводиться по боковому межэлектродному зазору между диэлектрических вставок.

При этой схеме возможно обеспечить защиту детали от короткого замыкания, являющегося одним из ограничивающих факторов применения ЭХО [3, стр. 37], не требуется сложных систем подачи электрода инструмента, необходимых при схеме ЭЭО. Обработку возможно производить по всей длине канала одновременно, что повышает производительность обработки. Данный вид обработки может протекать по безызносной схеме, что позволяет производить операцию обработки одним инструментом большого числа каналов одной геометрии. При ЭХО, в отличие от ЭЭО, не наблюдается физико-химических изменений в поверхностном слое детали (за исключением наводораживания поверхности, которое можно предотвратить, обеспечив скорость протекания электролита на уровне, достаточном для своевременного выноса образующегося на катоде водорода) [2, стр. 123]. При этом поверхности получаемой впадины сопрягаются плавной линией, не образуя концентраторов напряжения. Для предотвращения растравливания участков ребер между диэлектрическими вставками ЭИ необходимо нанести на участки инструмента между этими вставками токонепроводящее покрытие. При отсутствии этого покрытия можно получать выступытурбулезаторы на боковых поверхностях ребер детали, что при других рассмотренных ранее методах обработки затруднено.

Таким образом, можно сделать вывод о целесообразности применения метода ЭХО по схеме с неподвижным электродоминструментом при создании выступов-турбулизаторов на поверхностях теплообмена узлов ЖРД. При этом рассматриваемая операция может быть реализована совместно с операцией удаления недорезов

63

фрезерования перекрещивающихся пазов [4, стр. 47-52], что повысит технологические показатели обработки изделия.

Литература

1.Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей: Учебник/Васильев А.П., Кудрявцев В.М., Кузнецов В.А. и др.; Под ред. В.М. Кудрявцева. – 3-е изд., испр. и доп. М.: Высш. школа,

1983. – 703 с., ил.

2.Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов: Учеб. пособие (в 2-х томах.). Т.Ι. Обработка материалов с применением инструмента/ Под ред. В.П. Смоленцева. –

М.: Высш. шк., 1983.-208 с., ил.

3.Байсупов И.А. Электрохимическая обработка металлов: Учеб. для СПТУ – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1988. – 184 с.: ил.

4.Студент, специалист, профессионал // Сб. тр. 3-й междун. научно-техн. конф., Воронеж: ВГТУ, 2010.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621

В.С. Семеноженков, М.В. Семеноженков

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УСЛОВИЯ ПЛАСТИЧНОСТИ МИЗЕСА ПРИ ОБОСНОВАНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ СОЕДИНЕНИЯ ЗАГОТОВОК ДАВЛЕНИЕМ

Авторами получены зависимости формирования участков пластического состояния от режимов комбинированного нагружения технологического процесса соединения заготовок. Обоснованы схемы комбинированного нагружения.

Получение неразъемного соединения заготовок с помощью сжимающего давления [1] сопровождается развитием пластических деформаций в зонах контактных поверхностей соединяемых элементов конструкции. Неравномерное распределение контактных сил (нормальных и касательных) является причиной появления зон пластического состояния на незначительной части площади контакта заготовок. Получение пластических деформаций по всей площади контактных поверхностей соединяемых заготовок в процессе из-

64

вестных технологий осуществляется за счет повышения температуры заготовок до 1273 К и технологического давления до 10 МПа, что негативно сказывается на качестве соединения, т.к. повышается вероятность появления остаточных деформаций и потери устойчивости соединяемых элементов, когда возможно получение многослойных конструкций с недопустимыми искажениями формы изделия.

достигать пластических деформаций при значительно меньших значениях нормальных сил.

Рассмотрены задачи [3, 4] контактного взаимодействия соединяемых заготовок при различных схемах технологических нагрузок в момент, предшествующий возникновению пластических деформаций, а также в процессе их возникновения и развития. Для определения напряженно-деформированного состояния использовались пакеты модуля Pro/MECHANICA программного комплекса Pro/ ENGINEER, программы ABAQUS, ANSYS 10/ED, построенные на основе конечно-элементных методов.

Получено решение контактной задачи сжатия полосового

верхний лист обшивки непосредственно нагружен технологическим давлением p = 1 МПа, а нижний нагружен через технологический лист.

Использовался пакеты программ, основанных на методе конечных элементов.

На рис.1 показана расчетная схема и типичная картина напряженного состояния в зонах, прилегающих к контактным поверхностям.

Видно, что напряжения сжатия ( x) нижних волокон верхнего листа 1 имеют максимальное значение в средней части контактной зоны и убывают к ее краям. Это указывает на то, что поперечные деформации y (в направлении оси y) распределены вдоль кон-

65

тактной поверхности в направлении оси x также неравномерно, достигая максимальных значений в средней части.

Рис.1. Напряженное состояние конструкции при высоте заполнителя h = 2 мм, толщине З = 0,2 мм

Выявленные неравномерные деформации листа в направлении вертикальной оси к нижнему листу обшивки служит объяснением выравнивания распределения контактных сил в плоскости соединения при некоторых соотношениях размеров свариваемых элементов. На рис.2 приведены эпюры нормальных напряжений на контактных поверхностях для различных вариантов толщин заполните-

ля З при толщине листов обшивки О = 1 мм.

Установлено, что использование технологического листа исключает влияние соотношения размеров свариваемых элементов на характер распределения контактных сил – для вариантов на рис 2 (эпюры – 2) отношение максимальных сил к средним значениям примерно одинаковое и составляет 2,5. Отмечено, что в конструкци-

ях с отношением толщины З ( О = 1 мм) заполнителя к его высоте h = 2 мм, не превышающем значение З /h = 0,25 (при h=10 мм З /h= 0,07), распределение контактных сил более равномерное при

66

а б

Рис. 2. Эпюры контактных сил при толщине заполнителя: а – для случая З = 0,2 мм; б – для случая З = 1 мм, высоте заполнителя h = 2 мм для верхней -1 и нижней -2 обшивки

Выполнено исследование влияния сдвигающих сил на распределение контактных сил при условии, что нормальная P и сдвигающая Pх силы связаны соотношением Px = ƒ∙P [5] (ƒ–коэффициент трения). Сжимающая сила P, отнесенная к длине заполнителя вдоль оси z, зависит от давления p.

Распределение давления q(x) по ширине заполнителя (-

0,5 З x 0,5 З ):

-модуль упругости, G – модуль сдвига,

-коэффициент Пуассона материалов соединяемых заготовок. Распределения давления q(x) между заполнителем и нижним

листом при различных значениях коэффициента трения ƒ = 0; 0,2; 0,4, вычисленные по зависимости (1) при значениях характеристик E

= 1,1 105 МПа, G = =0,5 105 МПа, = 0,4 и при Р = 1000 кН/м, З = 4

мм, приведены на рис. 3.

67

Рекомендуется к сжимаемым элементам прикладывать сдвигающую силу вдоль оси z, когда силы трения (касательные контактные напряжения) развернутся в направлении оси z.

В соответствии с обобщенным принципом наложения составляющих деформаций и напряжений различных типов общая де-

где е, р – деформации мгновенной упругости и пластичности соответственно, с – деформации ползучести.

где - эквивалентное напряжение; Т – абсолютная температура;

С1, С2, С3 – эмпирические константы (для сплава ОТ4 С1 =

1,2∙105; С2 = 1,2; С3 = 2,3∙105).

Выявлено возрастание перемещения от оси заполнителя к его краю.

По результатам работы можно сделать следующие выводы:

- выявлены зависимости формирования участков пластического состояния от режимов комбинированного нагружения технологического процесса соединения заготовок. Предложены схемы комбинированного нагружения (сжатие со сдвигом) соединяемых элементов, позволяющие значительно снизить (на 25…30%) необхо-

68

димое сжимающее давление и температуру (на 50…75 0К) технологического процесса;

- получены математические модели зависимостей механических характеристик материалов с учетом их состояния при температуре, достигающей 1273 0К. Исследовано напряженнодеформированное состояние элементов конструкций в условиях комбинированного нагружения процесса их соединения.

Рис. 4. Деформация металла на поверхности обшивки (р = 2,0 МПа):

1 - δ0/δз =1; 2 - δ0/δз =3,3

Литература

1.Бондарь А.В., Пешков В.В., Киреев Л.С., Шурупов В.В. Диффузионная сварка титана и его сплавов. Воронеж. Изд – во ВГУ. 1998. – 256 с.

2.Гельман А.С. Основы сварки давлением. М., «Машиностроение», 1970. 312 с.

3.Семеноженков М.В. Рационализация схем нагружения элементов конструкции из титана при их сварке давлением / М.В. Семеноженков, А.Т. Крук, В.В. Пешков //Заготовительные производства в машиностроении. 2009. № 9. – С. 26…29.

4.Булков А.В. Особенности диффузионной сварки титановых трехслойных конструкций с сотовым заполнителем / А.Б. Булков, М.В. Семеноженков, В.В. Пешков. // Технология машиностроения. 2009. № 11. – С.26…32.

5.Штаерман И.Я. Контактная задача теории упругости. М. Гостехиздат. 1949. 270 с.

Воронежский государственный технический университет

69

УДК 303.1

В.Н. Старов МЕТОДЫ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА РАЗНОРОДНОЙ ПРОДУКЦИИ

Приведены методы оценки качества разнородной продукции, определена их взаимосвязь и взаимное дополнение

Традиционно используемые показатели качества продукции в зависимости от назначения и свойств объекта могут быть определены различными методами, но возникает одна особенность, когда речь идет о разнородной продукции. К тому же при этом приходится учитывать немало разных факторов, влияющие на выбор метода оценки качества продукции. Так, исходя из способа получения информации об изделии, можно отдать предпочтение различным методам, в том числе следующим.

Во–первых это измерительный метод, реализуемый с использованием конкретных приборов оценки продукции и процессов. Второе – регистрационный, заключающийся в подсчете числа возможных событий, предметов, действий. Третье – органолептический метод, реализуемый посредством анализа восприятия органами человека специфичной продукции. И, наконец, один из самых достоверных методов это расчетный метод, который основан на использовании физических, математических зависимостей и закономерностей в форме пригодной для оценки показателей качества в теоретическом или экспериментальном виде. Результаты, полученные этим методом, пригодны для сравнения, например, так может быть оценена расчетная прочность конструкции, производительность машины или процесса и т.д.

Методы оценки позволяют определять оптимальный уровень качества, присущий объекту и сохраняемый им в течение заданного срока. Российские методики оценки уровня качества продукции опираются на используемую в стране классификацию промышленной продукции, разделенной на два (первый и второй) класса и пять групп. При этом первая группа - сырье и топливно-природные ископаемые, прошедшие стадию добычи.

Вторая - материалы и продукты (лесоматериалы, искусственное топливо, химические соединения). Третья - расходные материалы (жидкое топливо в бочках, газообразное в баллонах, кабели в

70