Способ дробеударной обработки сложных контуров детали

 

Изобретение относится к технологии обработки поверхностным пластическим деформированием и может быть использовано при изготовлении деталей типа панелей крыла и фюзеляжа. Цель изобретения - повышение производительности и качества обработки панелей с односторонним оребрением и поперечной кривизной за счет упрочнения материала детали. Обработку детали дробью осуществляют за один проход одновременно с двух сторон. Одновременная обработка панели дробью с различной интенсивностью с оребренной и гладкой сторон панели позволяет совместить операции формообразования и упрочнения. 6 ил. 1 табл.

Изобретение относится к технологии обработки поверхности пластическим деформированием и может быть использовано при изготовлении деталей типа панелей крыла и фюзеляжа самолета. Целью изобретения является повышение производительности и качества обработки панелей с односторонним оребрением и поперечной кривизной за счет упрочнения материала детали. На фиг. 1 дана схема монолитной панели; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 развертка сечения панели по А-А; на фиг. 4 сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5 графики изменения интенсивности обработки дробью (стрелы прогиба контрольных пластин) в зависимости от режимов обработки; на фиг. 6 - элемент ортотропного слоя панели. Способ осуществляется следующим образом. Оборудование, предназначенное для упрочняющей обработки дробью, предварительно тарируется по интенсивности воздействия потока дроби на поверхности детали и по степени влияния различной интенсивности на улучшение служебных характеристик материала детали (усталостной прочности, коррозионной стойкости и др.). Интенсивность характеризуют стрелой прогиба f_к.п. односторонне обработанных контрольных пластин (образцов-свидетелей). Ее определяют различно как для потока дроби, воздействующего на одну сторону детали, так и на другую. Причем для оребренной стороны детали интенсивность воздействия потока дроби определяют при одних и тех же режимах как на полотне, так и на боковых поверхностях ребер жесткости. В результате тарировки строят графики, аналогичные приведенному на фиг. 5 для дробеметной обработки, где n частота вращения дробеметного аппарата; S скорости продольной подачи детали через проходную камеру установки. Данные графики могут быть построены для различных марок и размеров используемой дроби, ее расхода на каждом дробеметном аппарате и по существу являются паспортными характеристиками оборудования по интенсивности его воздействия на обрабатываемые поверхности детали. Стрелу прогиба контрольных пластин на гладкой стороне панели обозначают f_т.к., на полотне оребренной стороны f_сн, а на боковых поверхностях ребер жесткости f_р. Коэффициентом K_р f_р/f_сн характеризуют соотношение интенсивности обработки боковых поверхностей ребра жесткости и полотна панели на оребренной стороне. Затем анализируют обрабатываемую деталь. Для этого по чертежу монолитной панели вдоль ее размаха определяют участки, в пределах которых изменением конструктивных характеристик панели можно пренебречь. Каждый участок рассматривают как независимый, для которого по приведенным в формуле изобретения зависимостям рассчитывают интенсивность воздействия потока дроби с обеих сторон панели. Расчетная интенсивность обработки обеспечивает сохранение продольной кривизны панели (вдоль ребер жесткости) и создает заданную поперечную кривизну. Зная интенсивность обработки панели по участкам и имея тарировочные графики зависимости интенсивности от режимов обработки, ведут обработку панели по участкам на режимах, удовлетворяющих расчетной интенсивности обработки. Так как при этом обрабатываются все поверхности панели, то кроме формовки происходит и ее упрочнение. Степень упрочнения всей детали определяется по интенсивности, дающей наименьший прирост служебных характеристик материала панели. Математические зависимости, обосновывающие предлагаемый способ обработки дробью, выводятся следующим образом. Монолитную панель (фиг. 1) рассматривают как конструктивно ортотропную пластину (фиг. 6), состоящую из полотна толщиной и подкрепляющих его ребер высотой H_p в продольном направлении (вдоль оси X) и утолщений H_п.у. в поперечном направлении (вдоль оси Y). Выбирают внутри пластины основную плоскость XOY, относительно которой происходит поворот сечений панели при изгибе, в общем случае предполагая, что основная плоскость в продольном направлении не совпадает с основной плоскостью в поперечном направлении. Полагают также, что направление главных кривизн совпадает с координатными направлениями X, Y и сечения, плоские до деформации, остаются плоскими и после деформации. Тогда выбирая ось Z, направленную по нормали к основной плоскости, и совмещая начало координат с основной плоскостью, для компонент продольных ε_xx и поперечных ε_yy деформаций имеют следующие соотношения где ε_xxo,ε_yyo деформации удлинения основных плоскостей; κ_x;κ_y главные кривизны основных поверхностей. Рассмотрим физические уравнения упругости ортотропного слоя (фиг. 6). Для этого используем коэффициенты K_x, K_y, представляющие собой отношение действительной площади поперечного сечения детали в плоскостях XOZ, YOZ к площади поперечного сечения сплошного материала В общем случае 0≅K_x≅1 0≅K_y≅1 (3) При наличии только продольного направления K≠0, K_x 0, а при наличии только поперечного направления K_x≠0, K_y 0. Для сплошного (изотропного) слоя K_x K_y 1. Обозначим через σ_x;σ_y (фиг. 6) продольные и поперечные объемные напряжения в любом слое d_z передаваемые по материалу. Тогда напряжения σ_xx вызовут деформацию отрезка вдоль оси X, равную σ_xx/E а напряжения σ_yy уменьшат продольную деформацию этого отрезка на величину μ·K_y·σ_yy/E так как поперечное сокращение происходит в самом материале. Аналогично для любого отрезка вдоль оси Y его удлинение будет равно δ_yy/E, а сокращение μ·K_x·σ_xx/E где E,μ модуль упругости и коэффициент Пуассона материала детали. Физические уравнения теории упругости для плоского напряженного состояния запишутся

Решая уравнения (4) относительно σ_xx, σ_yy и вводя напряжения вносимые поверхностным наклепом, получим

Используем единичные продольные и поперечные усилия N_x, N_y и изгибающие моменты M_x, M_y, записываемые выражениями

Здесь δ₁,δ₂ с индексов x, y обозначают соответственно координаты основной плоскости в продольном и поперечном направлениях. Усилия N_x, N_y вызывают изменения размеров (удлинение) основных поверхностей, а моменты M_x, M_y изменение их формы (искривление). Так как в линейной постановке задачи изменение формы и размеров детали может рассматриваться независимо, в последующем будем оперировать только моментной нагрузкой. Решая совместно (1),(5),(6) с учетом вышесказанного, получим

где f_3x, f_3xy, f_3y, f_3yx - упругогеометрические характеристики сечений панели. M_1x, M_1y внутренние моменты, вносимые поверхностным наклепом. Чтобы из выражений (7) определить сопутствующие упрочняющей обработке изменения формы панели, необходимо задать краевые условия. Очевидно, что для недоделанной детали
M_x M_y 0,
тогда

Как видим из соотношений (9), неуправляемая повсеместная упрочняющая обработка всех поверхностей панели ведет к созданию двоякой (продольной и поперечной) кривизны. Чтобы при обработке поверхностным наклепом обеспечить одинарную кривизну (поперечную), необходимо в уравнениях (7),(9) принять κ_x= 0, тогда

Выражения (10) характеризуют собой основное условие между моментами внутренних сил, вносимыми поверхностным наклепом, и упругогеометрическими параметрами панели, при соблюдении которого все поверхности обрабатывают ударами дроби (упрочняются) и образуется одинарная кривизна (формуется). Распишем это условие. Упругогеометрические характеристики сечений панели определяются соотношениями

интегрируя которые находим
(12)
Определим координаты δ_1x,δ_1y относительно нижней (гладкой) стороны панели, характеризующие положение основных поверхностей. Напряжения от изгиба в продольном и поперечном направлениях будут отсутствовать, если удовлетворяются следующие равенства

Вводя вспомогательную координату Z, отсчитываемую от гладкой стороны панели

и подставляя соотношение (14) в условие (13) после их решения относительно δ_1x,δ_1y, получим

где

В выражениях (12), (15) геометрические характеристики панелей соответствуют обозначениям, принятым на фиг. 3 и 4, а K_x, K_y определяются по формулам

где n_p количество продольных ребер жесткости на рассматриваемом участке панели шириной b_n;
m_y количество поперечных утолщений на рассматриваемом участке панели длиной l_n. Предполагается, что и ребра жесткости и утолщения полотна располагаются с равномерным шагом. Единичные моменты M_1x, M_1y определим произведением равнодействующей единичной внутренней силы на каждой из обрабатываемых поверхностей панели на плечо от точки ее приложения до основной поверхности. Тогда, полагая и пренебрегая смещением равнодействующей вглубь пластически деформированного наклепом слоя, получим

где
(17)
Как видим, внутренние моменты определяются внутренними силами P_1тк, P_1сн, K_р, вносимыми в деталь при обработке ее поверхностей ударами дроби. Эти силы могут быть определены по стреле прогиба f_к.п. одностороннее обработанных контрольных пластин

где l_п, H база измерения стрелы прогиба и толщина пластины;
P₁ единичная внутренняя сила. Монолитные панели планера летательного аппарата изготавливаются из высокопрочных алюминиевых сплавов. В качестве контрольных пластин в соответствии с ПИ-1.4.379.77 НИАТа применяются пластины размерами 2х20:100 мм, изготовленные из материала упрочняемой панели. Принимая для алюминиевых сплавов E 7000 кг/см², μ = 0,33 для контрольных пластин указанного размера, решая уравнение (18) относительно P₁, получим
P₁ 5,5f_к.п. (19)
Из совместного решения уравнений (10), (17),(19) и учитывая, что f_тк соответствует P_1тк, f_сн P_1сн, находим

Пример. В качестве обрабатываемой детали использовалась монолитная стрингерная панель изделия "B" из алюминиевого сплава Д16Т с габаритами 8000х860х1,8 мм. Обработка производилась на дробеметной установке с ПУ УДП-2-3,5 стальной литой дробью диаметром 0,6 0,8 мм производства Коммунарского металлургического завода (КМЗ). При расчете программы по длине панели выделяли два участка с одинаковыми конструктивными особенностями. В процессе обработки панели на установке менялись рассчитанные режимы для каждого выделяемого участка. Исходные данные для расчета:
n_p 6 количество продольных ребер жесткости (стрингеров);
m_у 2 количество поперечных усилий полотна панели;
b_p 3 мм толщина продольного ребра;
H_p 35 мм высота продольного ребра;
l_п 7900 мм длина панели;
b_п 860 мм ширина панели;
H_п 1,8 мм толщина полотна панели;
b_рп 12 мм ширина полки продольного ребра;
H_рп 5 мм толщина полки продольного ребра;
l_пу 60 мм ширина поперечного усилия;
H_пу 2,3 мм толщина поперечного усиления;
E 7000 кг/мм² модуль упругости (для алюминиевых сплавов);
μ = 0,33 коэффициент Пуассона;
K_р 0,7 коэффициент, характеризующий отношение интенсивности обработки стенки продольного ребра к полотну панели
,
где f_р интенсивность обработки стенки ребра;
f_сн интенсивность обработки полотна панели со стороны силового набора;
K_x 0,02; K_y 0,015 коэффициенты, характеризующие отношение действительной площади поперечного сечения к площади поперечного сечения сплошного материала. Расчетом определяются режимы дробеметной обработки по методике, изложенной в материалах заявки в следующей последовательности. Координаты основных поверхностей панелей:
Q_1x 10,8 мм; S_1x 5,4 мм; Q_1y 15,9 мм; S_1y 4,8 мм; δ_1x= 2,0 мм, δ_1y= 3,2 мм.
Геометрические характеристики панели:
A 2,9 мм; B 8,2 мм; A₁ 1,4 мм; B₁ 0,0012 мм. Упругогеометрические характеристики панели:
f_3y 13410 кг·мм; f_3xy 13670 кг·мм. Поперечная кривизна панели
κ_у= 2,41/мм
Интенсивность обработки
f_сн 1,6 мм; f_тк 1,9 мм
По тарировочному графику (ПИ 1.4.1623-86, черт.2) с учетом особенностей установки УДП-2-3,5 определяет режим обработки, данный в таблице. В результате обработки за 1 проход на панели была получена кривизна, соответствующая ТУ чертежа со сплошностью (отпечатками дроби на поверхности панели) 95% что позволило сократить время обработки известным способом в 8 10 раз. Таким образом, предлагаемый способ позволяет, дифференцированно назначая режимы, совместить операции формообразования и упрочнения при обработке дробью тонкостенных панелей с поперечной кривизной, что повышает надежность и ресурс панелей и увеличивает производительность процесса из изготовления.

Формула изобретения

Способ дробеударной обработки сложных контуров детали, при котором осуществляют операцию формообразования, при этом режим обработки определяют дифференцированно по участкам детали, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и качества обработки панелей с односторонним оребрением и поперечной кривизной за счет упрочнения материала детали, обработку осуществляют одновременно с двух сторон панели за один проход, причем режимы определяют из соотношений


где f_сн интенсивность обработки дробью оребренной стороны панели;
f_тк интенсивность обработки дробью гладкой стороны панели;
x_y заданная поперечная кривизна панели;
f_3xy, f_3y упругогеометрические характеристики панели;
δ_1x, δ_1y- координаты основных поверхностей панели;
К_р коэффициент, характеризующий соотношение интенсивности обработки боковой стенки ребра жесткости и полотна панели с оребренной стороны;
А, А₁, В, В₁ геометрические характеристики панели.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7