Наукові основи конструкторсько-технологічного проектування литих деталей двигунів внутрішнього згоряння

Таким чином, етап проектування, пов'язаний з розробкою і оптимізацією КЕМ, дозволив перейти до наступного кроку проектування - до технологічного етапу проектування та виготовлення коліс турбіни ТКР ДВЗ.

У шостому розділі була вирішена проблема модернізації технологічних рішень при проектуванні литих деталей коліс турбін турбокомпресора ДВЗ.

Враховуючи, що основним етапом в технології виготовлення литої деталі колеса турбіни і, в той же час, етапом, що «закладає» параметричну надійність двигуна, є виготовлення моделі («восківки»), що виплавляється, задача звичайно-елементного моделювання повинна бути вирішена і для неї. Була отримана просторова КЕ модель восківки, що включає 17900 вузлів і близько 84000 кінцевих елементів тетраедральної форми (рис.26).

На КЕ колеса турбіни ТКР-8,5ТВ, що серійно виготовляється, був досліджений процес деформації восківки, з попереднім визначенням розподілу температурного поля у восківці після її твердіння. Для досягнення вказаної мети послідовно вирішувалися два завдання: твердіння воскової моделі від 55° С протягом 1,5 хвилин у формі; термопружна деформація у момент вирівнювання температур до 20° C із-за подальшого занурення воскової моделі у воду.

Аналіз деформації сектора «восківки» колеса турбіни унаслідок усадки і дії залишкової напруги при застиганні, виконаний на КЕМ, дозволив визначити фактичні погрішності на моделі, які «переносяться» на готову литу деталь. За допомогою КЕМ було встановлено, що поле температур нерівномірне, з дислокацією максимуму в масивному перетині підстави колеса.

Така нерівномірність приводить до формування залишкової напруги в секторі «восківки». Залишкова напруга, що виникає в результаті нерівномірності температурних полів в «восківці» з урахуванням низького значення модуля пружності, співпадає з усадковими деформаціями. Як граничні умови при визначенні величини деформації в кожній крапці «восківки» були прийняті умови затискання для вузлів КЕ моделі, розташованих в граничній торцевій площині валу. Початковий стан воскової моделі зображений у вигляді каркасної моделі, деформоване - у вигляді КЕ моделі (вузли лопатки КЕ моделі восківки на виході турбіни до і після усадки (рис. 27).

Розрахунок зміни кута нахилу серединної поверхні лопатки на зовнішньому вихідному діаметрі по точках A', B', C' показав його зменшення на 4,2 град., що достатньо точно узгоджується з вимірюваннями реальних виливків. Результати описаного моделювання деформації «восківки» відповідають розрахунку «прямого завдання», що дозволяє визначити з достатньо високою точністю температурні поля у восківці, можливу напругу в секторі восківки, усадку і викликані ними деформації окремих елементів. Останні є визначальними чинниками з погляду формування параметричної надійності турбіни ТРК двигуна на етапі його проектування.

Далі було поставлено і вирішено завдання знаходження такої початкової форми восківки, яка б з урахуванням подальшої деформації точно забезпечила б спроектований профіль лопаток турбіни турбокомпресора. Для цього на воскову модель з необхідним профілем лопатки наклали дію «зворотного температурного поля» (отриманого відніманням початкових температур з кінцевих). Результат представлений на рис. 28 (каркасна модель - результатна, КЕ модель - кінцева).

Розглянуті рішення задач твердіння і пружної деформації воскової моделі колеса турбіни служать основою для вдосконалення технологічного процесу виготовлення коліс турбін, а також інших виливків з складною геометрією по моделях, що виплавляються. Для зменшення погрішностей формоутворення були розроблені технічні рішення щодо проектування ливарної оснасти та технології виготовлення воскових моделей, які дозволили знизити інтенсивність залишкової температурної напруги (рис.29) та підвищити ККД турбіни (рис.30) на етапі її проектування.

висновки

У дисертаційній роботі поставлена і вирішена науково-технічна проблема розробки наукових основ конструкторсько-технологічного проектування литих деталей ДВЗ на базі використання сучасних експериментальних методів, комп'ютерно-інтегрованого інструментарію і методик ресурсного проектування, які забезпечують задані експлуатаційні характеристики, ресурс, зниження собівартості, часу проектування і впровадження у виробництво, підвищення конкурентоспроможності і надійності двигунів.

Вирішення цієї проблеми має важливе для двигунобудування значення, що дозволяє прогнозувати рівень технічної досконалості ДВЗ на етапі їх проектування, знижувати витрати коштів на доведення конструкції литих деталей ДВЗ і технологію їх виробництва, розвивати двигунобудування в Україні.

У дисертаційному дослідженні отримані наступні основні результати:

1. Погоджене конструкторське і технологічне проектування на основі реалізації безперервного зв'язку і обміну даними між цими процесами і застосування з відповідною послідовністю комп'ютерно-інтегрованих систем і технологій склали суть наукових основ конструкторсько-технологічного проектування ДВЗ.

2. Створені і вдосконалені математичні моделі статичного та динамічного аналізу в частині, що стосується систем обмежень початкових, граничних і динамічних умов для представників литих деталей ДВЗ, і створений комп'ютерно-інтегрований інструментарій конструкторсько-технологічного проектування цих деталей застосовані в проектуванні деталей ДВЗ.

3. Доведено, що методологія глибокої модернізації і підвищення технічного рівня литих деталей ДВЗ базується на науково-практичному підході до конструювання литих деталей ДВЗ з врахуванням 3-х мірного розподілу залишкової ливарної напруги і методології конструювання литих деталей ДВЗ з врахуванням неоднорідності механічних властивостей сплаву в різних перетинах відливань.

4. Запропонована комплексна методологія конструювання литих деталей ДВЗ із заданими механічними властивостями в різних перетинах деталей, з врахуванням чинників ливарного технологічного процесу і управлінням геометричними параметрами деталей на ливарному технологічному етапі.

5. Розроблені або істотно уточнені розрахунково-аналітичні методи конструювання і інженерного аналізу литих деталей ДВЗ, які дозволили реалізовувати методологію конвеєрного конструкторсько-технологічного проектування. До цих методів відносяться: універсальний метод проведення конструкційних розрахунків і інженерного моделювання картера блок циліндрів ДВЗ з врахуванням динамічних і статичних навантажень і ливарних геометричних параметрів; інтегральний метод проведення конструкційних розрахунків і інженерного аналізу картера блоку циліндрів ДВЗ з врахуванням монтажних навантажень і розподілів залишкової ливарної напруги.

6. Методологія конвеєрного конструкторсько-технологічного проектування практично реалізована через комплексні універсальні методи:

- комплексний універсальний метод проведення розрахунків і інженерного аналізу картера блоку циліндрів ДВЗ з врахуванням ливарних технологічних факторів; універсальний чисельно аналітичний метод динамічних конструкційних розрахунків і інженерного моделювання турбіни ТКР з врахуванням ливарних геометричних параметрів;

- комплексний універсальний метод проведення розрахунків і інженерного аналізу турбіни ТКР з врахуванням ливарних технологічних факторів; комплексний універсальний метод проведення конструкційних, ливарних технологічних розрахунків інженерного моделювання і аналізу моделі турбіни ТКР, що виплавляється.

7. Наукова методологія вдосконалення технологій ливарного виробництва деталей ДВЗ, ефективність розробки і вживання новітніх технологій, пов'язана з практичним завданням підвищення рівня технічної досконалості ДВЗ і їх вузлів, теоретичними і практичними аспектами життєвого циклу литих деталей ДВЗ і застосуванням інноваційної схеми розвитку конструкцій і технологій.

8. Концептуальні принципи практичного застосування комп'ютерно-інтегрованих систем CAD/CAE, CALS, PDM, «електронне віртуальне підприємство» пов'язані з науковою методологією конструкторсько-технологічного проектування, виробництва, експлуатації литих деталей і ДВЗ в цілому та впроваджені в практику двигунобудування на провідних підприємствах України і підготовку фахівців у НТУ «ХПІ».

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Акимов О.В Кибернетические методы управления качеством в литейном производстве / О.В. Акимов, А.А. Гудзенко // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- Харьков: ХГПУ, -- 1998. -- Вып. 9. -- С.69--71.

Здобувачем розроблена загальна концепція комп'ютерно-інтегрованих методів керування якістю в ливарному виробництві.

Акимов О.В. Проблемы обеспечения качества отливок малоразмерных колес турбин турбокомпрессоров для наддува ДВЗ. (Часть 1. Рабочие характеристики.) / О.В.Акимов, В.А. Петросянц, В.А. Солошенко //Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- Харьков: ХГПУ, -- 1999. -- Вып.30.-- С. 48--51.

Здобувачем розроблена загальна методологія управління якістю відливків малорозмірних коліс турбін турбокомпресорів для наддуву ДВЗ.

Акимов О.В. Проблемы обеспечения качества отливок малоразмерных колес турбин турбокомпрессоров для наддува ДВЗ. (Часть 2. Прочностные характеристики.) / О.В.Акимов, В.А. Петросянц, В.А. Солошенко //Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- Харьков: ХГПУ, -- 1999. -- Вып. 46.-- С. 46--50.

Здобувачем визначені контрольовані міцністні характеристики відливків малорозмірних коліс турбін турбокомпресорів для наддуву ДВЗ і методи їх інженерного моделювання.

Акимов О.В. Анализ собственных колебаний отливки блок-картера дизеля «СМД» /О.В.Акимов, Ю.П. Анацкий, В.А. Солошенко //Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- Харьков: ХГПУ, -- 1999. -- Вып.66. -- С.40--47.

Здобувачем розроблена загальна методологія аналізу власних коливань відливання блоку-картера дизеля «СМД».

Акимов О.В. Компьютерное моделирование фазового перехода и остывания отливки блок-картера двигателя СМД. /О.В. Акимов //Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- Харьков: ХГПУ, -- 1999. -- Вып.75. -- С.65--73

Акимов О.В. Анализ погрешностей формообразования отливок колес турбин турбокомпрессоров для наддува ДВЗ на этапе изготовления их восковых моделей. /О.В. Акимов, В.А. Солошенко //Вестник Харьковского государственного политехнического университета.-Харьков: ХГПУ,--2000.--Вып.77.--С.31--34.

Здобувачем розроблена загальна концепція аналізу погрішностей формоутворення відливків коліс турбін турбокомпресорів для наддуву ДВЗ.

Акимов О.В. Анализ статического нагружения блок-картера дизеля «СМД--18» /О.В.Акимов, В.А.Солошенко //Вестник Харьковского государственного политехнического университета.-Харьков:ХГПУ, -- 2000.--Вып.100.--С. 3--6.

Здобувачем розроблена методологія інженерного моделювання і аналізу статичного вантаження блоку-картера дизеля «СМД-18»)

Акимов О.В. Система управления качеством отливок в структуре автоматизации предприятия. /О.В.Акимов //Вестник Харьковского государственного политехнического университета. Харків: ХГПУ, -- 2000. -- Вып.83. -- С. 31--34

Акимов О.В. Компьютерное моделирование остаточных напряжений в отливке блок-картера дизеля “СМД”. / О.В. Акимов, В.А.Солошенко //Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- Харьков: ХГПУ, -- 2000. -- Вып.117. -- С.34--36.

Здобувачем розроблена методологія інженерного моделювання залишкової напруги у відливках блоку-картера дизеля “СМД”.

Акимов О.В. Анализ погрешностей формообразования отливок колес турбин турбокомпрессоров для наддува ДВЗ на этапе изготовления их восковых моделей /О.В.Акимов //Східно-Європейський журнал передових технологій.- Харків,-- 2003. -- №3(3). -- С.16--24.

Акимов О.В. Обобщенные тенденции и опыт применения алгоритмических подходов к управлению качеством машиностроительных изделий / О.В.Акимов //Східно-Європейський журнал передових технологій.- Харків,--2003.--№ 5(5). --С.4--9.

Акимов О.В.. Современные системы автоматизированного проектирования, инженерного анализа и технологической подготовки производства /О.В.Акимов //Східно-Європейський журнал передових технологій.- Харків, - 2004. -- № 6(12). -- С. 21--36.

.Акимов О.В. Обзор программного обеспечения для управления качеством в литейном производстве / Акимов О.В. // Східно-Європейський журнал передових технологій.- Харків, - 2004. -- № 7(1). -- С. 15--22.

Акимов О.В. Уточненный расчет деформаций подшипников качения при индукционно-тепловой сборке подшипниковых узлов / М.К.Кравцов, О.В.Акимов, В.Т.Акимов //Східно-Європейський журнал передових технологій.- Харків, - 2005. -- № 5/2 (17). -- С. 52--57.

Здобувачем розроблена методологія інженерного моделювання деформацій підшипників кочення при індукційно-тепловій збірці підшипникових вузлів.

Акимов О.В. Компьютерно-интегрированное ресурсное проектирование литых деталей ДВЗ / О.В.Акимов, А.П.Марченко // Ползуновский вестник. ---- Барнаул: Алтайский государственный технический университет им. Ползунова.- 2007. -- Вып.4. -- С.13--17.

Здобувачем розроблені наукові основи комп'ютерно-інтегрованого проектування литих деталей ДВЗ.

Акимов О.В. К оценке экономически оптимального срока службы машин (узлов) / В.Т. Акимов, О.В. Акимов //Східно-Європейський журнал передових технологій.- Харків, - 2008. -- №3/1 (33). -- С. 50-- 52

Здобувачем розроблена наукова методологія оцінки економічно оптимального терміну служби машин (вузлів).

Акимов О.В. Компьютерно-интегрированное моделирование литейных процессов в блоке цилиндров DAEWOO SENS \В.И.Алехин, О.В.Акимов А.П.Марченко //Вісник Національного технічного університету «ХПІ».- Харків: НТУ «ХПІ», --2008. -- Вип.2. -- С.3--7.

Здобувачем розроблена загальна методологія комп'ютерно-інтегрованого моделювання ливарних процесів.

Акимов О.В. Применение методов компьютерно-интегрированного ресурсного проектирования к литым деталям ДВЗ по критерию эксплуатационных характеристик на примере колеса турбины турбокомпрессора /О.В.Акимов, В.А.Солошенко, А.П. Марченко, В.А. Петросянц //Вісник Національного технічного університету «ХПІ».- Харків: НТУ «ХПІ», -- 2008. -- Вип.9. -- С.3--15.

Здобувачем розроблена загальна методологія комп'ютерно-інтегрованого ресурсного проектування литих деталей ДВЗ.

Акимов О.В. Научные методы модернизации технологии изготовления отливок блок-картера цилиндров DAEWOO SENS /В.И.Алехин, О.В.Акимов, А.П.Марченко, А.А.Ребик //Вісник Національного технічного університету «ХПІ».- Харків: НТУ «ХПІ», -- 2008.-- Вип. 14. -- С.3--7.

Здобувачем розроблені наукові методи модернізації технології виготовлення відливань блоку-картерів ДВЗ.

Акимов О.В. Научные основы и методы компьютерно-интегрированного ресурсного проектирования литых деталей блок-картера ДВЗ /О.В.Акимов //Двигатели внутреннего сгорания.- Харьков: НТУ «ХПИ», -- 2008. --• №1. -- С. 120--124.

Акимов О.В. Научные методы компьютерно-интегрированного проектирования блок-картера двигателя DAEWOO SENS /В.И.Алехин, О.В.Акимов, А.П.Марченко //Двигатели внутреннего сгорания.- Харьков: НТУ «ХПИ», - 2008. -- №2. -- С. 77--82.

Здобувачем розроблені наукові методи комп'ютерно-інтегрованого проектування відливань блоку-картерів ДВЗ.

Акимов О.В. Экспериментальные исследования и компьютерное моделирование материалов для блок-картера ДВЗ /О.В.Акимов, А.П.Марченко //Східно-Європейський журнал передових технологій.- Харків,--2008.--№5/1(35)-- С. 52--57.

Здобувачем розроблена наукова методологія експериментальних досліджень і комп'ютерного моделювання матеріалів для блоку-картера ДВЗ.

Пат. 77767 Україна, МПК(2006) B22F 3/26, B22C 9/00, B22F 3/12, B22F 3/24, Спосіб виготовлення порожнистих прес-форм методом лазерного порошкового спікання / Чернишов С.І., Вітязєв Ю.Б., Таран Б.П., Акімов О.В. СадовниченкоЄ.О., Триньова Т.Л.; заявник та патентовласник ЗАТ «Конструкторсько-технологічне бюро верифікаційного моделювання і підготовки виробництва». -- № 20041007994; заявл. 04.10.04; опубл. 15.01.07, Бюл. № 1.

Здобувачем розроблена наукова методологія інженерного моделювання порожнистих прес-форм для подальшого виготовлення методом лазерного порошкового спікання.

Акимов О.В. Двухуровневые сети принятия решений и управления качеством отливок в литейном производстве / О.В. Акимов, М.Н. Литвиненко, Г.В. Ткаченко //Компьютер: наука, техника, технология, образование, здоровье: междунар. науч.-техн. конф., 3-5 мая 1994г.: тезисы докл.--Харьков, 1994г.--Ч.1.--С. 128--129.

Здобувачем розроблена загальна методологія побудови і функціонування дворівневих мереж керування якістю.

Акимов О.В. Некоторые аспекты управления качеством отливок при помощи ЭВМ /О.В.Акимов // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье: междунар. науч.-техн. конф, 12-14 мая 1997г.: труды. -- Харьков, 1997г. -- С.147--148.

Акимов О.В. Некоторые аспекты создания интегрированных компьютерных систем управления качеством в литейном производстве /О.В.Акимов // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье: сб. научн. тр. ХГПУ.-- Харьков, 1998 г. -- С.479--484.

Акимов О.В. Тенденции развития и применения автоматизированных компьютерных систем для проектирования и обеспечения качества литейных изделий /О.В.Акимов // Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров'я: Зб. наук. праць ХДПУ.-- Харьков, 1999.--Вип.7, у 4 частинах.--Ч.2.--С. 4--9.

Акимов О.В. Современный САПР в литейном производстве / О.В.Акимов //Металлообработка. Оборудование. Инструмент для профессионалов. -- Київ, 2006. -- № 1(73).-- С. 32--35.

Размещено на Allbest.ru