ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. В авиационной, космической, энергомашиностроительной и других отраслях промышленности широко используются относительно податливые изделия в первую очередь в форме тонкостенных оболочек. Для подобных деталей актуальна задача минимизации характерных технологических деформаций, сопровождающих процесс обработки и связанных с искажением формы заготовки. С целью минимизации технологических деформаций и рисков используется специализированная дополнительная оснастка, что существенно повышает трудоёмкость изготовления изделий. В работе рассматривается альтернативный способ снижения технологических деформаций посредством использования «мягких» режимов обработки, подразумевающий выбор рациональных параметров резания и условий закрепления на основе результатов численного моделирования. Предложенный метод может быть востребован для этапа проектирования технологических процессов и отвечает современным тенденциям цифрового производства в рамках Национальной технологической инициативы. Для успешного внедрения предлагаемого подхода была разработана интегрированная система поддержки принятия решений о выборе режимов механической обработки тонкостенных деталей, которая позволяет технологам оперативно оценивать применимость выбранных режимов резания с учетом податливости заготовки. Цель работы: экспериментальная проверка работоспособности разработанной системы и метода «мягких» режимов обработки. В работе рассматривается случай черновой токарной обработки полой цилиндрической заготовки, закрепленной в трехкулачковом патроне. Методы исследования: эксперимент проведен на специально подготовленном стенде, в состав которого входят: токарный станок, трехкулачковый патрон, штатив и измерительная головка. Измерения отклонений проводятся в заранее определенных точках на поверхности заготовки с применением измерительной головки. Результаты и обсуждение. Результаты эксперимента представлены в графическом виде. На графиках отклонений показаны теоретические и экспериментальные кривые для различных сечений заготовки. Сравнительный анализ результатов экспериментальных исследований с расчетными данными, полученными с помощью численного моделирования технологического процесса, позволяет сделать вывод о целесообразности использования «мягких» режимов при токарной обработке податливых деталей.

1. Machining surface quality analysis of aluminum alloy thin-walled parts in aerospace / D. Bing, Y. Guang-bin, G. Yan-qi, S. Jun-peng, W. Xue-mei, L. Yu-xin // International Journal of Security and Its Applications. – 2015. – Vol. 9, N 11. – P. 201–208. – doi: 10.14257/ijsia.2015.9.11.19.

2. Технология машиностроения. В 2 т. Т. 1. Основы технологии машиностроения / под общ. ред. А.М. Дальского. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. – 370 с. – ISBN 978-5-7038-3442-8.

3. Кузнецов Ю.И., Мослов А.Р., Бойков А.Н. Оснастка для станков с ЧПУ: справочник. – М.: Машиностроение, 1990. – 512 с. – ISBN 5-217-01114-9.

4. Евгенев Г.Б., Гаврюшин С.С., Хоботов Е.Н. Основы автоматизации технологических процессов и производств. В 2 т. Т. 2. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. – 479 с. – ISBN 978-5-7038-4139-6.

5. Milling error prediction and compensation in machining of low-rigidity parts / S. Ratchev, S. Liu, W. Huang, A.A. Becker // International Journal of Machine Tools & Manufacture. – 2004. – Vol. 44, iss. 15. – P. 1629–1641. – doi: 10.1016/j.ijmachtools.2004.06.001.

6. Demyanenko E.G., Popov I.P., Menshikov V.S. Research of the process of axisymmetric forming of thin-walled flat blanks into the conical parts with minimal thickness variation // International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems, Tomsk, Russia, 27–29 October 2016. – Bristol, 2017. – Art. 012122. – (IOP conference series. Materials science and engineering; vol. 177). – doi: 10.1088/1757-899X/177/1/012122.

7. Huang Y., Zhang X., Xiong Y. Finite element analysis of machining thin-wall parts: error prediction and stability analysis // Finite element analysis – applications in mechanical engineering / ed. by F. Ebrahimi. – Rijeka, Croatia: InTech, 2004. – doi: 10.5772/50374.

8. Joshi S.N., Bolar G.J. Three-dimensional finite element based numerical simulation of machining of thin-wall components with varying wall constraints // Journal of The Institution of Engineers (India): Series C. – 2017. – Vol. 98, iss. 3. – P. 343–352. – doi: 10.1007/s40032-016-0246-9.

9. Joshi S.N., Bolar G.J. Three-dimensional numerical modeling, simulation and experimental validation of milling of a thin-wall component // Proceeding of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. – 2017. – Vol. 231, iss. 5. – P. 792–804. – doi: 10.1177/0954405416685387.

10. Scippa A., Grossi N., Campatelli G. FEM based cutting velocity selection for thin walled part machining // Procedia CIRP. – 2014 – Vol. 14. – P. 287–292. – doi: 10.1016/j.procir.2014.03.023.

11. Zienkiewicz O.C. The finite element method in engineering science. – London; New York: McGraw-Hill, 1972. – 521 p. – ISBN 978-0-0709-4138-0.

12. Bathe K.J. Finite element method procedures. – [S. l.]: Klaus-Jurgen Bathe, 2007. – 1037 p. – ISBN 978-0-9790-0490-2.

13. Izamshah R.A., Mo J.P.T., Ding S.L. Finite element analysis of machining thin-wall parts // Key Engineering Materials. – 2011. – Vol. 458. – P. 283–288. – doi: 10.4028/www.scientific.net/KEM.458.283.

14. Machining of thin-walled parts produced by additive manufacturing technologies / A. Isaev, V. Grechishnikov, P. Pivkin, M. Kozochkin, Y. Ilyuhin, A. Vorotnikov // Procedia CIRP. – 2016. – Vol. 41. – P. 1023–1026. – doi: 10.1016/j.procir.2015.08.088.

15. Shamsuddin K.A., Ab-Kadir A.R., Osman M.H. A comparison of milling cutting path strategies for thin-walled aluminium alloys fabrication // The International Journal of Engineering and Science (IJES). – 2013. – Vol. 2, iss. 3. – P. 1–8.

16. Метод определения условий механической обработки тонкостенных деталей / С.C. Гаврюшин, А.Д. Жаргалова, Г.П. Лазаренко, В.И. Семисалов // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. – 2015. – № 11. – C. 53–61. – doi: 10.18698/0536-1044-2015-11-53-61.

17. Жаргалова А.Д., Еремейкин П.А. Программная система автоматизированного выбора режимов механической обработки тонкостенных деталей // Актуальные проблемы в машиностроении. – 2017. – Т. 4, № 1. – С. 9–14.

18. Eremeykin P.A., Zhargalova A.D., Gavriushin S.S. A software system for thin-walled parts deformation analysis // Advances in Artificial Systems for Medicine and Education / ed. by Z. Hu, S.V. Petukhov, M. He. – Cham: Switzerland Springer Nature, 2018. – P. 259–265. – (Advances in intelligent systems and computing; vol. 658). – doi: 10.1007/978-3-319-67349-3_24.

19. Еремейкин П.А., Жаргалова А.Д., Лазаренко Г.П. Интегрированная система поддержки принятия решения о выборе режимов механической обработки тонкостенных деталей: свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2016663071.

20. Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. Т. 2 / под ред. А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. – М.: Машиностроение, 1986. – 418 с.

21. Гузеев В.И., Батуев В.А., Сурков И.В. Режимы резания для токарных и сверлильно-фрезерно-расточных станков с числовым программным управлением: справочник / под ред. В.И. Гузеева. – 2-е изд. – М.: Машиностроение, 2007. – 368 с.