Анализ влияния термической обработки на точностные параметры тонкостенных оболочек

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

И.А. Матвеев

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ТОЧНОСТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТОНКОСТЕННЫХ ОБОЛОЧЕК

В статье рассмотрен вопрос повышения точностной надежности изготовления осесимметричных корпусов. Проведен анализ технологии изготовления осесимметричных оболочек, в опытном производстве реализованы экспериментальные исследования. Сделан статистический и регрессионный расчет влияния твердости заготовки на точность диаметра базового отверстия. Установлено незначительное проявление наследственных связей.

Ключевые слова: термическая обработка, ротационная вытяжка, технологическая наследственность, статистический анализ, точностная надежность.

The article considers the question of increasing the accuracy of manufacturing the axisymmetric bodies. The analysis of manufacturing technology of axisymmetric shells is carried out, experimental research is carried out in experimental production. A statistical and regression calculation of the effect of the hardness of the workpiece on the accuracy of the diameter of the base hole is made. An insignificant manifestation of hereditary connections has been established.

Keywords: heat treatment, rotary extraction, technological heredity, statistical analysis, precision reliability.

Растущая потребность в производстве тонкостенных цилиндрических деталей, наряду с предъявляемыми к ним высокими требованиями по точности геометрической формы, диаметральным размерам, толщине стенки, качеству поверхности и механическим свойствам, связанным с обеспечением надежности эксплуатации деталей в условиях агрессивной среды, высоких температур и давлений, определяют необходимость совершенствования методов их изготовления. Поэтому важнейшими задачами, стоящими перед промышленностью, являются повышение качества выпускаемой продукции, экономия материала и повышение производительности труда [1].

Обеспечение размерной точности, качества наружной и внутренней поверхности при изготовлении полых тонкостенных деталей, широко используемых в конструкциях машин, встречает определенные трудности [2]. На производстве, занимающимся изготовлением изделий специального назначения, стоит вопрос повышения точностной надежности обработки цилиндрических тонкостенных оболочек длиной более 1 м.

Технологический процесс изготовления данного типа изделий разработан для условий серийного производства и ориентирован, соответственно, на сравнительно большой объем выпуска продукции. Характерными особенностями технологии изготовления являются: метод получения заготовки ротационной вытяжкой; использование при предварительной механической обработке универсального металлорежущего оборудования; применение при окончательной обработке станков с ПУ, а также использование при контрольных замерах в большей части специальных средств измерения [3-9].

Исходной заготовкой является труба размером 110Ч14 по ТУ 1308-005-33116077-2001 из конструкционной комплексно-легированной стали 12Х3ГНМФБА по ТУ 1308-001-49967239-98. Предел прочности стали
у_в = 1000…1150 H/мм².

В табл. 1 представлена последовательность технологии изготовления цельнометаллической сложнопрофильной оболочки ротационной вытяжкой.

Таблица 1

Последовательность изготовления цельнометаллической сложнопрофильной оболочки

осесимметричный корпус оболочка отверстие

Проанализировав технологию изготовления протяженных осесимметричных корпусов и учитывая проводимые ранее исследования в области ротационной вытяжки [10-19], можно утверждать, что значительное влияние на точностные характеристики изделия оказывает внутренний базовый диаметр.

В продолжение работ по изучению влияния случайных технологических погрешностей на заданные конструктивные параметры изделия, было принято решение о проведении исследования, целью которого ставится нахождении зависимости точностных параметров базового отверстия после ротационной вытяжки от твердости заготовки.

Термическая обработка, согласно технологическому процессу производятся в шахтной электропечи модели ША-3. Закалка производится при t = 910єC с временным промежутком 135 мин, охлаждение происходит на воздухе. Отпуск производится при t = 560єC с временным промежутком 240 мин, также с охлаждением на воздухе.

Механическими требованиями, которым должны отвечать заготовки, являются следующие параметры: временное сопротивление
у_в = 1100…1250 Н/мм²; относительное удлинение д = не менее 7 %.

Требуемый показатель твердости, равен не менее 341 HB (диаметр отпечатка не более 1,65). Замер производится с двух сторон на расстоянии 25 мм от края (рис. 1,а).

Рис. 1. Схемы контроля: а - твердости заготовки после закаливания; б - диаметра базового отверстия после ротационной вытяжки

В эксперименте, проведенном в реальных производственных условиях, были обработаны две партии из 83 заготовок, для которых и были проведены статистические исследования точности [20].

Значения твердости после термической обработки определялись по диаметрам отпечатков с помощью измерительной лупы (ГОСТ 8.398-80) с ценой деления 0,01 мм. Замеры показали: максимальное значение 415 HB; минимальное 363 HB; при среднем значении 403 HB.

Измерения диаметра базового отверстия после ротационной вытяжки (рис. 1,б) проводились индикаторным нутромером (ГОСТ 868-82) с ценой деления 0,01 мм. Замеры показали: максимальное значение 116,35 мм; минимальное 116,03 мм; при среднем значении 116,19 мм.

В программной среде STATISTICA, интегрированной системе анализа и управления данными, произведена обработка результатов эксперимента и рассчитаны описательные статистики, сведенные в табл. 2.

Таблица 2

Рассчитанные описательные статистики

Сделан регрессионный анализ (исследовано влияние независимой переменной X на зависимую переменную Y), (рис. 2, 3).

Рис. 2. Регрессионный анализ опытной партии №1

Рис. 3. Регрессионный анализ опытной партии №2

Сплошной линией на рисунках представлены графики уравнения регрессии, а пунктирными - доверительные интервалы.

Для проверки гипотезы о нормальном распределении случайной величины Х противопоставлены между собой экспериментальные и теоретические частоты по критерию Пирсона. Графически результат представлен на рис. 4.

Рис. 4. Гипотеза о нормальном распределении

Таким образом, проведя статистический и регрессионный расчет влияния твердости заготовки на точность диаметра базового отверстия, экспериментально установлено незначительное проявление наследственных связей. Обоснованием служит то, что большинство показателей замерных заготовок при регрессионном анализе оказываются за пределами доверительных интервалов, рассчитанных в программной среде STATISTICA.

Список литературы

1. Трегубов В.И. Ротационная вытяжка с утонением стенки цилиндрических деталей из труб на специализированном оборудовании. Тула: Изд-во ТулГУ, 2002. 148 с.

2. Яковлев С.С. Ротационная вытяжка осесимметричных оболочек из анизотропных материалов с разделением очага деформации / С.С. Яковлев, В.И. Трегубов, О.В. Пилипенко [и др.] // Вестник машиностроения. 2015. №1. С. 73-78.

3. Нгуен Хыу Луен, Ямников А.С., Киселев В.Н. Геометрические параметры качества труб // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2006. С. 27-31.

4. Нгуен Хыу Луен, Ямников А.С., Киселев В.Н. Анализ способов установки нежестких заготовок с существенными отклонениями от цилиндричности // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2004. № 2. С. 18-22.

5. Ямников А.С., Ямникова О.А., Киселев А.В. Погрешность закрепления при консольном закреплении тонкостенной трубной заготовки, имеющей исходную овальность // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2016. № 1 (315). С. 90-96.

6. Ямников А.С., Чуприков А.О. Токарные патроны для закрепления тонкостенных заготовок // Вестник машиностроения. 2015. № 8. С. 64-66.

7. Yamnikov A.S., Chuprikov A.O. Chucks for Thin-Walled Blanks // Russian Engineering Research. 2015. Т. 35. № 11. С. 838-840.

8. Быков Г.Т., Маликов А.А., Ямников А.С. Центрирование овальных тонкостенных цилиндров на цанговой оправке // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2009. № 1-1. С. 10-17.

9. Быков Г.Т., Маликов А.А., Ямников А.С. Определение погрешности базирования тонкостенных цилиндров при установке на цанговую оправку // Технология машиностроения. 2010. № 1. С. 21-24.

10. Чуприков А.О., Ямников А.С. Повышение точности токарной обработки путем минимизации деформационных погрешностей // Проблемы и достижения в науке и технике: сб. научных трудов по итогам международной научно-практической конференции. Инновационный центр развития образования и науки. Омск, 2014. С. 15-17.

11. Матвеев И.А., Киселев А.В., Ямников А.С. Компенсация влияния технологической наследственности при токарной обработке искривленных заготовок // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 9: в 2 ч. Ч. 2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. С. 193-200.

12. Матвеев И.А., Ямников А.С. Точность операции растачивания протяженных осесимметричных корпусов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. № 8-2. С. 9-15.

13. Ямников А.С., Матвеев И.А. Статистический анализ точности механической обработки протяженных деталей из штампованной заготовки типа «стакан» / Известия ТулГУ, Технические науки, 2015. Вып. 5. Ч.2. С. 121-126.

14. Матвеев И.А., Ямников А.С., Ямникова О.А. Статистический анализ точности предварительной токарной обработки трубной заготовки // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 11: в 2 ч. Ч. 1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. С. 111 -120.

15. Ямников А.С. Научные основы технологии машиностроения. Ч. 1: учеб. пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. 398 с.

16. Дальский А.М. Технологическая наследственность в сборочном производстве. М.: Машиностроение, 1978. 45 с.

17. Матвеев И.А., Ямников А.С. Технологическая наследственность в прогрессивной технологии изготовления протяженных осесимметричных корпусов // Механики XXI веку. 2016. № 15. С. 119-124.

18. Матвеев И.А., Ямников А.С. и Ямникова О.А. Корреляционная связь размеров базового отверстия протяженных деталей до и после ротационной вытяжки // Справочник. Инженерный журнал. 2017 №7. С. 3-7.

19. Ямников А.С., Чуприков А.О, Матвеев И.А Обеспечение точности изготовления тонкостенных осесимметричных корпусов сложного профиля: монография. Тула. Изд-во ТулГУ. 2017. 208 с.

20. Громыко Г.Л. Теория статистики. М.: Инфра-М, 2001. 160 с.

Размещено на Allbest.ru