Аэрокосмическая техника высокие технологии и инновации – 2015

Результаты численных расчетов представлены на рис. 3.

Рис. 3. Поле распределения температуры на тыльной поверхности преграды в различные моменты времени

В качестве иллюстрации представлено поле распределения температуры на тыльной поверхности преграды (сплав АМг6) в различные моменты времени. Результаты расчетов в удовлетворительном соответствии с температурой, измеренной в ходе эксперимента.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, проект № 14-19-01173.

Библиографический список

1.Наймарк О.Б. Коллективные свойства ансамблей дефектов

инекоторые нелинейные проблемы пластичности и разрушения // Физическаямезомеханика. – 2003. – Т. 6, №4. – C. 45–72.

2.Савельева Н.В., Баяндин Ю.В., Наймарк О.Б. Численное моделирование деформирования и разрушения металлов в условиях плоского удара // Вычислительная механика сплошных сред. – 2012. – Т. 5, № 3. – С. 300–307.

261

УДК 621.9.047

ВЛИЯНИЕ ЛОКАЛИЗАЦИИ ПРОЦЕССА СТРУЙНОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ТОЧНОСТЬ ФОРМИРОВАНИЯ ГЕОМЕТРИИ ОТВЕРСТИЙ

С.И. Василевская, В.Ф. Макаров, Н.С. Литвинова, К.С. Слывакова

Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск, Россия

e-mail: Svetlana.vasilevskaya.87@mail.ru

Приведена оценка влияния локализации процесса на точность формирования геометрии отверстий при электрохимической струйной обработке. Представлен процесс гидродинамического воздействия струи электролита, направленной перпендикулярно к обрабатываемой поверхности исследуемого образца, на электрохимическое растворение. Показан профиль формирования отверстий в условиях электрохимической струйной обработки. Приведены результаты изменения глубины формирования отверстий и выявлена зависимость площади обрабатываемого отверстия исследуемого образца от времени обработки. Установлены области значений режимных параметров электрохимической струйной обработки отверстий в деталях, выполненных из меди.

Ключевые слова: отверстие, электрохимическая струйная обработка, медь, производительность процесса, точность и качество поверхности.

В современном машиностроении возникают технологические проблемы, связанные с обработкой новых материалов и деталей, форму и состояние поверхностного слоя которых трудно получить известными механическими методами. К таким проблемам относится обработка весьма прочных или весьма вязких материалов, а также пазов и отверстий, имеющих размеры в несколько микрометров.

262

Внастоящее время необычайно интенсивно развиваются исследования и расширяются области применения конструкционных материалов [1]. Основными конструкционными материалами в машиностроении, радиотехнике, приборостроении, химическом машиностроении, электронной технике являются сплавы черных и цветных металлов.

Вотмеченных отраслях промышленности заметно возросла потребность в высокопроизводительной и высокоточной обработке отверстий малого диаметра. Годовой объем обрабатываемых деталей составляет сотни тысяч штук. Основными трудозатратами при изготовлении номенклатуры деталей из цветных металлов являются расходы на получение малых отверстий диаметрами от 0,1 до 0,3 мм [2], при этом к данным деталям предъявляют повышенные требования к точности размеров и формы. При выборе метода получения малых отверстий особое значение имеют его показатели производительности и качества поверхности. Наиболее эффективным способом получения малых отверстий в заготовках из цветных металлов является электрохимическая струйная обработка. Данный вид обработки основан на электрохимическом анодном растворении материала.

Обработка отверстий в цветных металлах, которая бы обеспечивала достижение высоких показателей точности обработки, качества поверхности и производительности процесса, представляет собой технически сложную задачу. Поэтому создание и совершенствование новых технологий, а также разработка научных основ для их практического применения с целью повышения производительности, точности и качества обработки отверстий

вцветных металлах имеют важный практический интерес.

Всвязи с этим целью настоящей работы является оценка влияния локализации процесса струйной электрохимической обработки на точность формирования геометрии отверстий.

Вкачестве обрабатываемого материала в исследованиях использована медь марки М1 ГОСТ 859–2001. Объяснение выбора указанного материала представлено авторами в работе [3]. Перед каждым экспериментом исследуемую поверхность образца под-

263

готавливали согласно методике, изложенной в работе [4, 5]. Поляризационные исследования проводились на оборудовании, описанном в работе [6]. Экспериментальная установка для исследования анодного поведения меди и метод гидродинамической активации поверхности материала струей, направленной перпендикулярно к поверхности анода, представлены в литературе [7]. Состав электролита и его концентрация были выбраны на основании проведенных экспериментов и рекомендаций работы [3].

Из литературы [7] выявлено, что при повышении скорости течения струи электролита происходит значительный рост плотности тока; также подтверждается тот факт, что при гидродинамическом воздействии струи электролита, направленной перпендикулярно к поверхности анода, достигается максимальная степень локализации L, равная 350, что позволяет обеспечить точность формообразования.

264

Таким образом, в данной работе проведены исследования, позволяющие выявить геометрию отверстий при электрохимической струйной обработке. Экспериментальные исследования проводились при следующих режимах обработки:

–потенциал = 6,5 В;

–скорость струи электролита = 24 м/с;

–время обработки t = 1…4 мин.

При этом катод представляет собой металлическую неизолированную трубку диаметром d = 0,8 мм. Результаты проведенных экспериментов представлены на рис. 1–4.

Данные исследования позволили выявить характер формообразования отверстий при электрохимической струйной обработке. Выявлено, что с увеличением времени обработки исследуемого образца изменяется диаметр и глубина отверстия.

При этом форма геометрии получаемых отверстий зависит от времени обработки. Это объясняется тем, что с увеличением зазора уменьшается усилие давления струи, которого недостаточно для удаления образовавшейся пленки в процессе анодного растворения материала.

Библиографический список

1.Fernandez J.R., Monti A.M. Point defect diffusion in complex alloys. – PM, Munich, Germany, 2004. – P. 184–189.

2.ЛевинсонЕ.М. Отверстия малых размеров. – Л.: Машиностроение (Ленингр. отд-ние), 1977. – 151 с.

3.Рахимянов Х.М., Красильников Б.А., Василевская С.И. Исследование электролитов, обеспечивающих точность электрохимической обработки меди М1 // Инновации в машиностроении – основа технологического развития России: материалы VI между-

нар. науч.-техн. конф. – Барнаул, 2014. – Ч. 2. – С. 100–104.

4.Фрейман Л.И., Макаров В.А., Брыскин И.Е. Потенциостатические методы в коррозионных исследованиях и электрохимической защите / под ред. Я.М. Колотыркина. – Л.: Химия, 1972. – 240 с.

265

5.Василевская С.И., Герасимов Н.В. Исследование анодного поведения меди в условиях электрохимической обработки // Наука. Промышленность. Оборона: тр. 16-й Всерос. науч.-техн. конф., посвященной 70-летию Победы Великой Отечественной войне, Новосибирск, 22–24 апреля 2015 г. – Новосибирск, 2015. – С. 178–182.

6.Krasilnikov B.A., Vasilevskaya S.I. Anode dissolution localization of copper in water electrolytes // Applied Mechanics and Materials. – 2015. – Vol. 788: Actual Problems and Decisions in Machine Building. – P. 11–16.

7.Рахимянов Х.М., Красильников Б.А., Василевская С.И. Степень локализации процесса при интенсификации анодного растворения меди // Обработка металлов (технология, оборудо-

вание, инструменты). – 2015. – № 3 (68). – С. 58–65. – DOI: 10.17212/1994-6309-2015-3-58-65

266

УДК 62-251

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВИБРАЦИИ РОТОРНОЙ СИСТЕМЫ ГТД С УЧЕТОМ НЕОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ФОРМ КОЛЕБАНИЙ ИМИТАТОРОВ ДИСКОВ

Г.В. Мехоношин, С.В. Семенов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

e-mail: mehonoshingrigori@rambler.ru

Работа посвящена методике математического моделирования вибрации роторной системы газотурбинного двигателя с учетом влияния неосесимметричных форм колебаний дисков. Отработка методики моделирования производилась на модели роторной системы с одним консольно закрепленным диском. Первый этап моделирования направлен на проверку вхождения собственных частот и соответствующих им форм колебаний диска в рабочий диапазон частот вращения роторной системы. Второй этап направлен на определение критических режимов, находящихся в рабочем диапазоне частоты вращения роторной системы с диском. Третий этап направлен на определение вибрационных характеристик роторной системы с учетом неосесимметричных форм колебаний диска и жесткости опор. На основе полученных результатов определены критические режимы в рабочем диапазоне частот вращения ротора, произведена проверка наличия дисковых гармоник в спектре, выполнена оценка их уровня по отношению к гармоникам критических частот роторной системы.

Ключевые слова: математическое моделирование, газотурбинный двигатель, неосесимметричные формы колебаний, диск, роторная динамика.

Разработка авиационных двигателей нового поколения требует комплексного решения проблем, связанных с исключением опасных вибраций. Основными источниками вибраций ГТД являются быстровращающиеся роторы [1, 2].

267

Мировой опыт разработки ГТД показывает, что проблемы вибрации роторов необходимо решать на как можно более ранних стадиях разработки двигателя, в противном случае они потребуют серьезных изменений в конструкции, значительных временных и материальных затрат [3, 4]. Следовательно, решение проблемы вибрации роторов требует постоянного совершенствования математических моделей, их экспериментального подтверждения, развития экспериментальных методов исследования динамики роторов.

Одним из наиболее интересных направлений развития математического моделирования динамики роторов ГТД является исследование взаимовлияния узлов ротора друг на друга [5]. В частности, в связи с тенденцией уменьшения веса роторов следствием является падение жесткости их деталей, в результате чего особое внимание стало уделяться влиянию колебаний дисков рабочих колес на вибрационные характеристики ротора. Основную сложность в моделировании влияния колебаний дисков на вибрационные характеристики ротора представляет учет неосесимметричных форм колебаний дисков, так как данный вид форм вынуждает осуществлять расчет в трехмерной постановке без использования циклической симметрии.

Данная работа посвящена методике математического моделирования вибрации роторной системы ГТД с учетом влияния неосесимметричных форм колебаний дисков. Методика моделирования состоит из трех этапов. Отработка методики моделирования производилась на модели роторной системы с одним консольно закрепленным диском (рисунок).

На первом этапе производится расчетный трехмерный ко- нечно-элементный модальный анализ диска, заключающийся в определении его собственных частот и форм колебаний. Далее производится проверка на предмет вхождения собственных частот и соответствующих им форм колебаний диска в рабочий диапазон частот вращения роторной системы. При наличии неосесимметричных форм в рабочем диапазоне частот вращения роторов осуществляется переход ко второму этапу.

268

Библиографический список

1.Bently D.E. Fundamentals of Rotating Machinery Diagnostics / Bently Pressurized Bearing Company. – 2002. – 764 p.

2.Muszynska A. Rotordynamics. – Boca raton: Taylor& Francis Group, 2005. – 1074 p.

3.Иноземцев А.А., Нихамкин М.Ш., Сандрацкий В.Л. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т. 4. Динамика и прочность авиационных двигателей и энергетических установок. – М.: Машиностроение, 2008. – 192 с.

4.Zu-Qing Qu. Model order reduction techniques: with applications in finite element analysis. – New York: Springer, 2004.

5.Особенности модального анализа роторов с цанговыми соединениями деталей / М.Ш. Нихамкин, Г.В. Мехоношин, С.В. Семенов, Б.П. Болотов // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 10, ч. 2. – С. 284–289.

270