Особенности процесса стружкообразования при резании молибденового сплава

минальной точке коэффициента изоэнтропического напора, построением линий с учетом поправок (на скорость набегания и т.д.), построением линий КПД,

переходом в традиционные координаты ж*к )] и

т.д.

Для проверки полученной методики было произведено сравнение результатов расчета базовой линии коэффициента теоретического напора конкретной решетки с параметрами ^1=1, р1л=460, р2л=73,60 (рис. 8) с экспериментальные данными [3], с данными, полученными по известной методике расчета П.П.Казанчана [9], и с результатами 3DCAD/CAE-моделирования в системе AnsysCFX.

Заключение

Полученные результаты позволяют планировать эксперимент по продувке решеток профилей, анализировать и редактировать результаты экспериментов. Предложенная методика позволяет использовать её

для расчета характеристик лопаточных венцов, ступеней, многоступенчатых осевых компрессоров. Получение характеристики компрессора является одной из ключевых задач на различных стадиях проектирования (от эскизного до технического проекта). Достоверная характеристика компрессора (каскада компрессора) позволяет рассчитать характеристики разрабатываемого изделия на установившихся (дроссельная, климатическая, высотно-скоростные характеристики) и неустановившихся режимах (динамическая характеристика ГТД) с высокой точностью. При проектировании компрессора предложенная методика позволяет производить выбор геометрических параметров лопаточных венцов, а в эксплуатации - учет влияния на характеристики изменения геометрии лопаток (за счет эрозии, загрязнения и т.д.).

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ.

Библиографический список

1. Холщевников К.В. Теория и расчет авиационных лопаточных машин: учеб. для авиац. вузов и фак. М.: Машиностроение, 1970. 610 с.

2. Ольштейн Л.Е., Процеров В.Г. Метод расчета осевого компрессора по данным продувок плоских решеток // Труды ЦИАМ №150. М.: Изд-во «Бюро Новой Техники», 1948. 64 с.

3. Бунимович А.И., Орлова Г.С. Сборник аэродинамических характеристик плоских компрессорных решеток. М.: ЦИАМ, 1955. Вып.1. 70 c.

4. Бунимович А.И., Святогоров А.А. Исследование влияния геометрической формы исходного профиля на аэродинамические характеристики плоской компрессорной решетки МАП. Труды N 231. 1952.

5. Белоусов А.Н., Мусаткин Н.Ф.. Радько В.М. Теория и расчет авиационных лопаточных машин. Самара: Государственный аэрокосмический университет, 2003. 344 с.

6. Хауэлл А.Р. Газодинамика осевого компрессора // Развитие газовых турбин: сб. статей / пер.с англ. под ред. В.Л.Александрова. М.: Изд-во БНТИМАП,1947. С. 42-56.

7. Emery J.C., Herring J.I.,Erwin J.R. 'Systematic two- dimensional cascade test of NACA-65 serias compressor lades at low speeds', NACA RML51G,31, 1951.

8. Обобщение результатов продувок плоских компрессорных решеток методом регрессионного анализа / П.П.Казанчан [и др.] // Труды ЦИАМ. М.: ЦИАМ, 1975. № 679. 4 с.

УДК 621. 9. 669. 28

ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА СТРУЖКООБРАЗОВАНИЯ ПРИ РЕЗАНИИ МОЛИБДЕНОВОГО СПЛАВА

А

А.И.Промптов1

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Рассмотрены характеристики процесса резания молибденового сплава ЦМ-2А в сопоставлении с титановым сплавом ВТ6 и высоколегированной сталью 12Х18Н10Т. Показано, что молибденовый сплав в процессе стружко-образования ведет себя как пластичный материал, а при формировании поверхностного слоя - как материал пониженной пластичности. Ил. 2. Табл. 2. Библиогр. 3 назв.

Ключевые слова: молибденовый сплав; стружкообразование.

FEATURES OF CHIP FORMATION UNDER MOLYBDENUM ALLOY CUTTING A.I. Promptov

National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.

The article examines the characteristic of the cutting process of molybdenum alloy ЦМ-2А as compared to titanium alloy

ВТ6 and high alloy steel 12Х18Н10Т. It is shown that while chip formation the molybdenum alloy behaves as a plastic

material, whereas under the formation of the surface layer it behaves as a material of low plasticity.

2 figures. 2 tables. 3 sources.

Key words: molybdenum alloy; chip formation.

Промптов Александр Иннокентьевич, доктор технических наук, профессор кафедры оборудования и автоматизации машиностроения.

Promptov Alexander Innokentievich, Doctor of technical sciences, professor of the chair of Machinery and Automation of Mechanical Engineering.

Молибденовые сплавы принадлежат к группе материалов, обладающих совокупностью свойств, которые обеспечивают их эффективное использование при высоких тепловых нагрузках. Специфическими свойствами они обладают и как обрабатываемые материалы, что определяется их физико-механическими свойствами. Если оценивать пластичность материала отношением предела прочности к пределу текучести, то по этому показателю молибденовые и титановые сплавы близки друг к другу. Так, для молибденового сплава ЦМ-2А ав /^ = 740/655 = 1,13, для титанового сплава ВТ6 ае/^ = 950/850 = 1,12.

Вместе с тем, по величине относительного удлинения имеет место существенное отличие. В первом

случае 8 = 26...28%, а во втором 8 = 8 -10%, то есть молибденовые сплавы по этому показателю приближаются к сталям. Для стали 12Х18Н10Т имеем ав / а8 = 580/200 = 2,9; 8 = 40%. Отсюда становится очевидным своеобразие поведения молибденового сплава при обработке резанием.

Изложенное стало основанием для выполнения сопоставительного исследования процесса резания молибденового сплава ЦМ-2А. С учетом приведенных выше данных в качестве материалов для сопоставления были выбраны титановый сплав ВТ6 и высоколегированная сталь 12Х18Н10Т. Опыты проводили при продольном точении резцами, имевшими следующую

геометрию: у = 0°; 1 = 0°; а = а = 10°; <р = 450; < = 15°; радиус закругления вершины резца г = 0,5 мм. Материалом для рабочей части резца служил твердый сплав марки ВК6М. Скорость резания изменяли в пределах 5...100 м/мин при глубине резания / = 1 мм и подаче 5 = 0,07; 0,21; 0,3 мм/об.

При проведении опытов определяли усадку стружки ^ , длину общего и пластического контакта стружки

с передней поверхностью резца С и Спл , средние значения нормальной и касательной нагрузок на передней поверхности резца ^ и ^, среднее значение коэффициента трения для пары стружка - резец Л, касательное напряжение в условной плоскости

сдвига г , высотный параметр шероховатости обработанной поверхности Я , максимальное значение тангенциальной компоненты поля остаточных напряжений, сформированных обработкой в поверхностном слое образца, а°, толщину упрочненного слоя и степень наклепа N .

Численные значения этих параметров устанавливали с использованием известных методов с привлечением необходимых для их реализации приборов. Силы резания измеряли динамометром УДМ-600. Усадку стружки определяли весовым методом с контролем по корням стружек, которые получали с помощью падающего резца взрывного типа. Длину контакта

стружки с передней поверхностью устанавливали по отпечаткам на передней поверхности резца, а также по корням стружек. Остаточные напряжения находили с использованием модернизированной установки Б.А.Кравченко [1]. Показатели упрочнения поверхностного слоя определяли методом косых срезов твердомером ПМТ-3, шероховатость поверхности -профилографом-профилометром модели 252.

Выделение сил, действующих на задней поверхности резца, осуществляли по методу А.М.Розенберга экстраполяцией зависимостей P = f (а) на нулевую

толщину среза [2].

Контактные нагрузки вычисляли по зависимостям F N

q = bC ' qN = b-C ' где F - сила трения; N - нормальная сила, действующая на передней поверхности резца;

sin

F = P'_i_-L; N = P_-_— .

z cos ю 2 cos ю

Среднее значения коэффициента трения для пары стружка - резец

qF № = . qN

Касательное напряжение в условной плоскости сдвига

_ п,sin Д •cos

ТР =P и .

а - b - cosa

В эти формулы помимо ранее принятых условных обозначений введены: P' - главная составляющая силы резания, действующая на передней поверхности резца; а - толщина среза; b - ширина среза; ю -угол действия; Д - угол наклона условной плоскости сдвига;

„ P'z п cosy ю = arctg-2-; А = arctg—-.

Ry С- siny

Результаты определения характеристик процесса стружкообразования в функции от скорости резания для молибденового сплава ЦМ-2А представлены на рис. 1. Они имеют вид, характерный и для других конструкционных материалов, при обработке которых зона активного наростообразования или находится вне пределов исследованного диапазона скоростей резания, или вообще отсутствует. При увеличении скорости резания наблюдаем первоначальный рост усадки стружки с последующим ее уменьшением в области высоких скоростей резания (рис. 1, а). С изменением усадки стружки согласуется изменение размеров контактных площадок (рис. 1, б), поскольку между этими параметрами существует взаимосвязь, обусловленная тем, что процесс стружкообразования представляет самоустанавливающуюся систему. В свою очередь, чем больше площадь контакта стружки с передней поверхностью резца, тем меньше нормальная нагрузка q^ (рис. 1, в).

400

—*--- /

V, м/мин

Рис. 1. Изменение в зависимости от скорости резания V усадки стружки С, длины контакта стружки с передней поверхностью резца общего С и пластического Сш, контактных нагрузок нормальной с/и касательной с]Г и коэффициента трения при точении молибденового сплава ЦМ-2А

Можно отметить незначительное изменение касательной нагрузки яр, что свидетельствует о примерном постоянстве сопротивления перемещению стружки по передней поверхности инструмента. Это обстоятельство может служить косвенным подтверждением сохранения прочностных свойств контактного слоя стружки в условиях возрастания температуры при увеличении скорости резания. Как следствие, изменение коэффициента трения (рис. 1, г) отражает изменение нормальной контактной нагрузки и не отражает условия перемещения стружки по передней поверхности резца.

Установленные зависимости не имеют качественных расхождений с результатами, опубликованными ранее другими авторами [2, 3]. В основном отличия заключаются в степени влияния элементов режима резания на тот или иной параметр. Поэтому было сочтено целесообразным для осуществления сопо-

ставления произвести выборку из полученных данных для среднего значения подачи ^ = 0,21 мм/об и двух значений скорости резания, которые отвечали для экстремальных зависимостей второму участку кривой. Результаты этой операции в части, касающейся параметров процесса резания, сведены в табл. 1. При её анализе, прежде всего, обращают на себя внимание большие значения усадки стружки, получающиеся при точении молибденового сплава, которые превосходят даже степень деформации срезаемого металла, имеющую место при обработке стали 12Х18Н10Т. Соответственно больше протяженность как общего, так и пластического контакта.

По контактным нагрузкам и коэффициенту трения молибденовый сплав ЦМ-2А и сталь 12Х18Н10Т достаточно близки друг к другу при более чем существенном расхождении с титановым сплавом ВТ6. Меньшие значения для них нормальных напряжений и

Таблица 1

Параметры процесса резания_

Обрабатываемый материал Скорость резания V, м/мин $ С, мм С , пл ' мм Ям , МПа Яе , МПа М тр , МПа

ЦМ-2А 50 3,25 3.40 1,6 325 180 0,55 690

100 2,65 2.25 1,0 375 180 0,48 660

ВТ6 50 1,05 0,41 0,21 700 205 0,30 620

100 0,9 0.39 0,21 720 205 0,28 620

12Х18Н10Т 50 2.15 1,65 1,0 250 170 0,68 600

100 1.95 1,30 0,8 300 170 0,57 580

Таблица 2

Параметры качества образующейся поверхности

Обрабатываемый материал Скорость резания V, м/мин Кг, мкм МПа N К, мкм

ЦМ-2А 50 30 -50 1,30 115

100 20 -50 1,25 115

ВТ6 50 13 -220 1,18 90

100 12 -220 1,18 90

12Х18Н10Т 50 18 +240 1,75 170

100 16 +280 1,55 155

Рис. 2. Эпюры тангенциальных остаточных напряжений при точении молибденового сплава ЦМ-2А

соответственно большие значения коэффициента трения по сравнению с отвечающими точению титанового сплава согласуются с увеличенными размерами контактных площадок.

Как причину пониженной обрабатываемости молибденовых сплавов можно рассматривать несколько большие касательные напряжения в условной плоскости сдвига т .

Результаты сопоставления исследованных материалов по параметрам качества получаемой поверхности представлены в табл. 2.

Наибольшая шероховатость обработанной поверхности образцов из молибденового сплава должна быть однозначно отнесена к увеличенной деформации срезаемого металла, поскольку геометрическая составляющая высоты микронеровностей во всех рассматриваемых случаях была одинаковой. Примечательным является образование при обработке молибденового сплава сжимающих тангенциальных оста-

точных напряжений, то есть он ведет себя как малопластичный металл подобно титановым сплавам. На рис. 2 приведены эпюры тангенциальных остаточных напряжений, которые дают более полное представление о влиянии свойств обрабатываемого материала на эту характеристику поверхностного слоя, получаемого в результате обработки.

Близкими для титанового и молибденового сплавов получаются значения глубины и степени наклепа, что согласуется с имеющимися для них значениями отношений <гв / <гз.

Подводя итог изложенному, можно сделать заключение, что молибденовый сплав как обрабатываемый материал представляет собой примечательное явление: в процессе стружкообразования он ведет себя как пластичный материал, а при формировании поверхностного слоя - как материал пониженной пластичности.

Библиографический список

1. Кравченко Б.А. Силы, остаточные напряжения и трение го протягивания / отв. ред. П.Р. Родин. Киев: Наукова дум-при резании металлов. Куйбышев: Куйбышевское книжное ка, 1990. 320 с.

издательство, 1962. 180 с. 3. Зорев Н.Н., Фетисова З.М. Обработка резанием туго-

2. Розенберг А.М., Розенберг О.А. Механика пластическо- плавких сплавов. М.: Машиностроение, 1966. 228 с. го деформирования в процессах резания и деформирующе-

УДК 621.86/87

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕГИСТРАТОРОВ ПАРАМЕТРОВ ТИПА ОНК160 ДЛЯ РАСЧЕТА НАПРЯЖЕНИЙ, ДЕЙСТВУЮЩИХ В МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЯХ БАШЕННЫХ КРАНОВ

А.В.Якимов1, С.П.Озорнин2

Забайкальский государственный университет, 672039, г. Чита, ул. Александро-Заводская, 30.

Представлены результаты разработки методики расчета напряжений в металлоконструкции башенного крана, использующей информацию, регистрируемую системой приборов безопасности 0НК160. Ключевым элементом разработанной методики определена нейронная сеть, выполняющая функцию преобразователя регистрируемых параметров работы башенного крана в данные о напряженном состоянии его металлоконструкции. Основными преимуществами предлагаемой методики являются исключение необходимости разработки и установки специального оборудования регистрации и измерения напряжений, возможность обработки большого объема эксплуатационных данных при невысоких вычислительных затратах. Ил. 7. Библиогр. 6 назв.

Ключевые слова: напряжение; металлоконструкция; кран; ОНК160; регистратор; ANSYS; тензодатчик; АЦП; нейронная сеть; конечно-элементная модель.

USING PARAMETER RECORDERS OF ОNК160 TYPE TO CALCULATE STRESSES OCCURRED IN STEEL-WORKS OF TOWER CRANES A.V. Yakimov, S.P. Ozornin

Trans-Baikal State University, 30 Alexandro-Zavodskaya St., Chita, 672039.

The article presents the development results of the methods for calculating stresses in the tower crane steel-work that use the information recorded by the system of ONK 160 safety devices. It is determined that a key element of the developed methods is a neural network performing the function of a transducer of recorded operational parameters of the tow-

1Якимов Артем Викторович, аспирант, тел.: +79144812885, e-mail: artuomsci@gmail.com Yakimov Artem, Postgraduate, tel.: +79144812885, e-mail: artuomsci@gmail.com

2Озорнин Сергей Петрович, доктор технических наук, профессор, директор научно -образовательного центра проблем транспорта и сервиса машин, тел.: +73022417316, e-mail: chitgu_atf@mail.ru

Ozornin Sergey, Doctor of technical sciences, Professor, Director of the Research and Education Center of Transport and Machinery Service Problems, tel.: +73022417316, e-mail: chitgu_atf@mail.ru