Файл: Лабораторная работа 1 Разработка технологических схем процесса ротационного профилирования и калибровки (рпк), кольцевых профильных деталей, газотурбинных двигателей (гтд).pdf

Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ»
Институт (факультет) Институт авиации, наземного транспорта и энергетики
(наименование института, в состав которого входит кафедра, ведущая дисциплину)
Кафедра _ Производство летательных аппаратов__________________________
(наименование кафедры, ведущей дисциплину)
О Т Ч Ё Т по лабораторным работам дисциплины
«СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ»
(Разработка в CAD, CAE и PDM системах элементов САПр технологии, оснастки
и оборудования для изготовления деталей в авиастроении)
Выполнил(а): студент(ка) группы № 1217
Гайнетдинов И.И. /__________
(Ф И О / Подпись)
Проверил: доцент кафедры ПЛА
Раздайбедин А.А. ____________
____________________________
Казань - 2023

Лабораторная работа №1
«Разработка технологических схем процесса ротационного профилирования и калибровки (РПК), кольцевых профильных деталей, газотурбинных двигателей
(ГТД)»
Рассматриваемые детали изготавливают из листовых титановых сплавов и жаропрочных сталей. Диаметральные размеры от 500 до 3000 мм, толщиной листа от
0,8 до 3,5 мм, глубиной профиля до 60 мм. Типовые кольцевые корпусные детали представлены на рис. 1.1 и 1.2.
Рис. 1.1 Типовой двигатель ГТД
Рис. 1.2 3D модели деталей ГТД

Заготовку для изготовления рассматриваемых кольцевых деталей получают следующим образом: 1) резка листа на полосы; 2) гибка полос в полупериметр; 3) аргонно-дуговая сварка полупериметров в стык (рис.1.3-1.5).
Рис. 1.3 Раскрой листа на полосы
Рис.1.4 Гибка полос в трёхвалковой машине

Рис. 1.5 Аргонно-дуговая сварка листовых титановых сплавов
На производстве применяются следующие способы изготовления рассматриваемой детали: 1) давильная обработка на вращающейся оправке токарно- лобовых станков; 2) формирование поперечного сечения в профилировочных станках; 3) правка-калибровка по диаметру на прессах с разжимными секторами (рис.
1.6-1.8).
Рис. 1.6 Давильная обработка роликом на вращающейся оправке

Рис. 1.7 Профилировочные станки
Рис. 1.8 Пресс с разжимными секторами
С целью снижения трудоёмкости формообразующих операций т повышения качества деталей в КАИ на кафедре ПЛА разработан процесс, совмещающий операции: 1) формирование поперечного сечения кольцевой детали; 2) правка- калибровка кольцевой заготовки по диаметру; 3) общий электро-контактный нагрев кольцевых заготовок из титановых сплавов в процессе формообразования; на одном оборудовании, одном комплекте формующей оснастки за один установ заготовки
(рис.1.9).

Рис. 1.9 Динамика профилирования и калибровки кольцевой заготовки
Приведённая схема позволяет осуществить 3 вида перемещений формующей оснастки: 1) синхронное радиальное перемещение равнорасположенных по окружности калибрующих роликов; 2) радиальное сближение попарно профилирующих роликов; 3) обкатка кольцевой заготовки по калибрующим роликам за счёт привода вращения профилирующих роликов.
Общий электро-контактный нагрев заготовок из титановых сплавов осуществляется подводом электротока к торцевым участкам заготовки через диаметрально противоположные калибрующие-токоподводящие ролики (рис. 1.10).
Рис. 1.10 Калибрующий-токоподводящий ролик
Системы электронагрева заготовок из титановых сплавов осуществляется подводом электротока от силового трансформатора к оси калибрующих роликов.
Заготовка при вращении скользит торцевыми участками по токоподводящим дискам.

Для увеличения площади контактов заготовки больших диаметров нагреваются по следующей схеме (рис. 1.11).
Рис. 1.11 Схема подвода электротока к заготовкам больших диаметров

Лабораторная работа №2
«Разработка методики расчета технологических режимов процесса РПК»
Основные технологические параметры процесса РПК:
1. Геометрические параметры заготовок и формующей оснастки
2. Количество профилирующих, калибрующих и токоподводящих роликов
3. Силовые параметры процессов (усилие калибровки, профилирования крутящих моментов на приводных валах)
4. Рабочее перемещение калибрующих роликов
5. Скорость сближения профилирующих роликов
6. Скорость вращения заготовки
7. Количество оборотов заготовки
Формулировка допущений и области определения параметров:
1. Применяется степенной закон упрочнения материала
2. Не учитывать инерционные составляющие и температурное напряжение
3. Учитывать постоянное изменение положения нейтрального слоя поперечного сечения и изменение границ раздела упруго-пластических деформаций
4. Деталь изготавливают за 1 установ заготовки, цикл формообразования минимальный по времени
Приращение периметра заготовки и правка по диаметру происходят за счёт знакопеременного упруго-пластического изгиба с растяжением нагруженного кольцевого контура при вращении. В силу осевой симметрии радиального нагружения достаточно рассмотреть изменение геометрии базовой дуги кольцевого контура, ограниченной сечениями на ролике и между соседними роликами (рис. 2.1).

Рис. 2.1 Динамика изменения геометрии и напряженно-деформированного состояния базовой дуги кольцевого контура в полярной системе координат
Формулы для описания процесса правки-калибровки записываются в следующем виде:
Формулы позволяют рассчитать значения следующих параметров: координаты опорных точек рассматриваемой дуги, длина дуги, изгибающие моменты, перерезывающие силы, растягивающие усилия. Система дифференциальных уравнений решается при следующих начальных условиях:

Графики изменения периметра и перепада кривизны нагруженной дуги кольцевого контура при вращении заготовки представлены на рисунках 2.2 и 2.3.
Рис. 2.2 Накопление периметра в зависимости от полуциклов нагружения
Рис. 2.3 Изменение перепада кривизны в сечениях на ролике и между роликами в зависимости от полуциклов нагружения
Условия завершения процесса правки записываются следующим соотношением:

Лабораторная работа №3
«Проектирование оснастки и оборудования для реализации процесса РПК»
К формующей оснастке относятся: калибрующие, профилирующие и токоподводящие ролики. Так же проектируют средства фиксации формующих роликов в рабочие позиции (рис. 3.1 и рис. 3.2)
Рис. 3.1 Сопряженные профилирующие ролики под конкретный типоразмер детали
Рис. 3.2 Обойма с калибрующим роликом

Типовая компоновка специализированного оборудования РПК показана на рис.
3.3.
Рис. 3.3 Компоновка формующего узла оборудования РПК
Формующий узел представляет собой несущую плиту с радиальными пазами, в которых перемещаются каретки с установленными обоймами формующих роликов.
Синхронное перемещение калибрующих роликов осуществляется кинематической системой рычагов-тяг. Сближение и вращение профилирующих роликов осуществляется автономными приводами с помощью ходовых винтов и карданных телескопических валов.
Элементы системы рычагов-тяг не являются жёсткими и не обеспечивают требуемую точность перемещения калибрующих роликов (рис. 3.4)

Рис. 3.4 Кинематические схемы привода вращения и перемещения формующих роликов
Приводы технологических перемещений формующей оснастки представляют собой шаговые электродвигатели с гидроусилителями крутящих моментов. С целью повышения точности перемещения калибрующих роликов применяется жёсткий кинематический элемент в виде конуса.
При проектировании оборудования ведут расчёты на прочность и жёсткость наиболее нагруженных элементов (рис. 3.5 и рис. 3.6)
Рис. 3.5 Расчёт вала на кручение

Рис. 3.6 Определение напряжённо-деформированного состояния кронштейна обоймы профилирующего ролика
Разработка технологических баз данных и организация диалога компьютерного проектирования элементов САПР (процессы и оборудования РПК) осуществляется с помощью разработки экранных форм в PDM системах (рис. 3.7 и 3.8).
Рис. 3.7 Экранная форма отображения результатов расчёта технологических параметров в системе С++

Рис. 3.8 Главная форма для перехода в подчинённые формы для просмотра информационных объектов в PDM системе Access.