Моделирование процессов в оборудовании при обработке тонкостенных деталей

Для тонкостенных деталей актуальна задача минимизации характерных технологических деформаций. Из-за особенностей процесса фрезерования тонкостенные детали представляют особую сложность в механической обработке. При обработке неизбежно возникают вибрации, обусловленные высокими силами резания при недостаточной жёсткости детали или инструмента. В следствии таких вибраций снижается точность обработанной детали и качество поверхности, вызванная недостаточной жёсткостью технологической системы.В работе рассматривается альтернативный способ снижения технологических деформаций посредством использования математического моделирования процесса фрезерования с учетом времени.

Введение ………………………………………………………………………………………………….. 14

1 Литературный обзор …………………………………………………………………………… 16

Заключение раздела …………………………………………………………………………………. 28

2 Расчеты и аналитика …………………………………………………………………………… 30

2.1 Исследование резонансных частот………………………………………………………. 30

2.2 Исследование перемещений обрабатываемой детали…………………………… 36

2.3 Исследование математической модели процесса обработки тонкостенной
детали 45

2.4 Считывание данных с помощью MATLAB………………………………………….. 48

2.5 Анализ поведения технологических характеристик во времени при разной
частоте резания …………………………………………………………………………………… 50

Заключение раздела …………………………………………………………………………………. 62

3 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 64

3.1 Предпроектный анализ ……………………………………………………………………….. 65

3.2.1 Анализ конкурентных технических решений …………………………… 65
3.2.2 SWOT-анализ ………………………………………………………………………….. 67
3.2.3 Оценка готовности проекта к коммерциализации …………………….. 69
3.2 Планирование научно-исследовательских работ …………………………………. 71

3.2.1 Структура работ в рамках научного исследования …………………… 71
3.2.2 Определение трудоемкости выполнения работ ………………………… 73
3.2.3 Разработка графика проведения проектирования ……………………… 74
3.3 Цели и результат исследования …………………………………………………………… 79

3.3.1 Бюджет научного исследования ………………………………………………. 79
3.3.2 Расчет амортизации…………………………………………………………………. 80
3.3.3 Сырье, материалы, покупные изделия и полуфабрикаты (за
вычетом отходов) ……………………………………………………………………………….. 81
3.3.4 Основная заработная плата ……………………………………………………… 81
3.3.5 Дополнительная заработная плата …………………………………………… 82
3.3.6 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) … 83
3.3.7 Накладные расходы…………………………………………………………………. 83
3.3.8 Определение ресурсоэффективности исследования …………………. 84
Заключение раздела …………………………………………………………………………………. 85

4 Социальная ответственность ………………………………………………………………. 87

4.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……… 87

4.3.1 Специальные (характерные для проектируемой рабочей зоны)
правовые нормы трудового законодательства ……………………………………… 88
4.3.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны… 89
4.2 Профессиональная социальная безопасность ………………………………………. 90

4.3.3 Анализ вредных и опасных факторов, которые может создать
объект исследования …………………………………………………………………………… 91
4.3.4 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть
на рабочем месте при проведении исследований …………………………………. 91
4.3.5 Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия
опасных и вредных факторов………………………………………………………………. 98
4.3 Экологическая безопасность……………………………………………………………… 100

4.3.6 Анализ влияния объекта исследования и процесса исследования
на окружающую среду ………………………………………………………………………. 100
4.3.7 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды……… 101
4.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях…………………………………………… 102

Заключение раздела ……………………………………………………………………………….. 104

5 Health and Safety ……………………………………………………………………………….. 105

1.Российский рынок энергооборудования. Аналитический обзор
РБК [Электронный ресурс]. –Режим доступа: http://marketing rbc.
2.Каблов, Е.Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей: сплавы,
технологии, покрытия /Е.Н. Каблов. –2-е изд., перераб. – М.: «МИСИС». –
2006. – 632 с., 13 Казанский, Д.А.
3.Д.А. Казанский. Проблемы продления службы рабочих и
направляющих лопаток современных газовых турбин. [Электронный ресурс]
/Д.А. Казанский// –Режим доступа: http://resursturbin.ru/pdf/resursturbin04.pdf.
4.Жаргалова А.Д., Гаврюшин С.С., Лазаренко Г.П., Семисалов В.И.
О «мягких» режимах резания для обработки тонкостенных деталей //
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 8, №6 (2016)
5.С.С. Гаврюшин, А.Д. Жаргалова, Г.П. Лазаренко, В.И. Семисалов
Метод определения условий механической обработки тонкостенных деталей
// 2015 г. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 105005, Москва, Российская Федерация, 2-
я Бауманская ул., д. 5, стр. 1
6.Л.В. Кремлева, А.Н. Елисеев. Сравнение вариантов схем
базирования съемных лопастей гребных винтов при их обработке //Северный
(Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, 163002, г.
Архангельск, наб. Северной Двины, 17
7.А.В. Синёв, А.Г. Чистяков, Л.Б. Былинин, Д.Л. Эткин, Т.И.
Денисенко, В.В. Яковлев. Робот-станок параллельной кинематики с
устройствами динамического гашения колебаний А.В. Синёв, А.Г. Чистяков,
Л.Б. Былинин, Д.Л. Эткин, Т.И. Денисенко, В.В. Яковлев// Проблемы
машиностроения и автоматизации, № 2 – 2009
8.Костин П.Н., Лукьянов А.В. Коррекция частоты вращения
шпинделя при фрезеровании по данным численного моделирования системы:
приспособление-инструмент-заготовка Костин П.Н., Лукьянов А.В.
9.В.И. Новиков, С.Л. Мурашкин, А.И. Фоломкин. Технологические
возможностичистовойобработкитурбинныхлопатокэлектролитно-
плазменным методом В.И. Новиков, С.Л. Мурашкин, А.И. Фоломкин //
Научно-технические ведомости СПбГПУ. Наука и образование 2-2’ 2012.
10.Scott Smith, Robert Wilhelm, Brian Dutterer, Harish Cherukuri,
Gaurav Goel. Sacrificial structure preforms for thin part machining /Department of
Mechanical Engineering, University of North Carolina at Charlotte, Charlotte, NC,
USA 2012.
11.А.А. Игнатьев, Е.М. Самойлова, М.Ю. Захарченко. Модель
автокорреляционной функции виброакустических колебаний при резании в
динамической системе станка. Часть 2. 2015 г.
12.С.А. Зелинский, Ю.А. Морозов, Ю.А. Серебрий. Математическая
модель процесса контурногофрезерованиянежёстких деталейС.А.
Зелинский, Ю.А. Морозов, Ю.А. Серебрий, 2015 г.
13.В. Л. Заковоротный1, В. Е. Гвинджилия. Влияние биений
шпиндельной группы на притягивающие множества деформационных
смещений инструмента при точении // Донской государственный технический
университет, г. Ростов-на-Дону, Российская Федерация 2017 г.
14.С. И. Дядя. Исследование механизма возбуждения автоколебаний
при концевом фрезеровании тонкостенного элемента детали. Запорожский
национальный технический университет, г. Запорожье. 2017 г.
15.С. Б. Беликов, А. И. Гермашев, В. А. Логоминов, Е. Б. Козлова, В.
А. Кришталь. Особенности концевого фрезерования сложно -профильных
тонкостенных деталей. Запорожский национальный технический университет,
2ГП «Ивченко-Прогресс»; г. Запорожье, 2017 г.
16.С. И. Дядя, Е. Б. Козлова, А. И. Гермашев, А. А. Сердюк Влияние
условий концевого финишного фрезерования на параметры колебаний
тонкостенной детали // Запорожский национальный технический университет,
г. Запорожье 2015 г.
17.С.А. Воронов А.В. Непочатов И.А. Киселев. Критерии оценки
устойчивости процесса фрезерования нежестких деталей. // Известия высших
учебных заведений. 2010 г.
18.Николаев С. М, Жулёв В. А,Киселёв И. А. Уточнение конечно-
элементной модели лопатки ГТД на основе результатов вибрационных
испытаний с учётом разброса модальных параметров // Наука и Образование.
МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. № 09. С. 336–351.
19.C. Brecher , M. Esser, S. Witt. CIRP Annals – Manufacturing
Technology //Laboratory for Machine Tools and Production Engineering, RWTH
Aachen University, Aachen, Germany
20.Milling P. Kersting, D. Biermann. Modeling Techniques for the
Prediction of Workpiece Deflections in NC Milling P. Kersting, D. Biermann
//Institute of Machining Technology, TU Dortmund, Baroper Str. 301, 44227
Dortmund, Germany 2012г.
21.Erhan Budak , L.Taner Tunc¸ a, Salih Alan b, H. Nevzat. Prediction of
workpiece dynamics and its effects on chatter stability in milling Erhan Budak ,
L.Taner Tunc¸ a, Salih Alan b, H. Nevzat // CIRP Annals – Manufacturing
Technology 61 (2012) 339–342.
22.Simulation of milling tool vibration trajectories along changing
engagement conditions Tobias Surmann. International Journal of Machine Tools &
Manufacture 47 (2007) 1442–1448.
23.A novel stability prediction approach for thin-walled component
milling considering material removing process Chinese Journal of Aeronautics,
(2017),
24.P. Kersting, D. Biermann. Modeling techniques for simulating
workpiece deflections in NC milling P. Kersting, D. Biermann Institute of
Machining Technology, CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology 7
(2014) 48–54.
25.Daniel Bachrathy, Gabor Stepan. Improved prediction of stability lobes
with extended multi frequency solution Daniel Bachrathy, Gabor Stepan. CIRP
Annals – Manufacturing Technology 62 (2013) 411–414.
26.Xiao Jian Zhang, Cai Hua Xiong ,Ye Ding, Ming Jun Feng, You Lun
Xiong Milling stability analysis with simultaneously considering the structural mode
coupling effect and regenerative effect./ International Journal of Machine Tools
Manufacture53 (2012)127–140.
27.. Graham, M. Mehrpouya , R. Nagamune , S.S. Park. Robust prediction
of chatter stability in micro milling comparing edge theorem and LMI // CIRP
Journal of Manufacturing Science and Technology 7 (2014) 29–39.
28.Ahmad R.Yusoff , Neil D.Sims. Optimization of variable helix tool
geometryforregenerativechattermitigation//International
JournalofMachineTools&Manufacture51(2011).
29.Воронов С.А., Иванов И.И., Киселев И.А. Исследование процесса
фрезерования на основе редуцированной динамической модели инструмента.
/ Проблемы машиностроения и надежности машин № 1, 2015.
30.Колоскова А.В., Киселёв И.А., Иванов И.И. Моделирование
динамики процесса точения с учетом податливости обрабатываемой детали //
Интернет-журнал«НАУКОВЕДЕНИЕ»Том9,№2(2017)
http://naukovedenie.ru/PDF/36TVN217.pdf (доступ свободный).
31.Иванов И.И., Воронов С.А., Киселев И.А. Моделирование
динамики фрезерования с управлением скростью вращения шпинделя.
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана,
105005, г.Москва, ул. 2-я Бауманская, д.5, стр.1 2015 г.
32.Колоскова А.В., Киселёв И.А., Иванов И.И. Моделирование
динамики процесса точения с учетом податливости обрабатываемой детали //
Интернет-журнал«НАУКОВЕДЕНИЕ»Том9,№2(2017г)
http://naukovedenie.ru/PDF/36TVN217.pdf (доступ свободный).
33.ИвановИ.И,ВороновС.А,НиколаевС.М,КуцьВ.А.
Моделирование вибраций при плоском фрезеровании с коррекцией частоты
вращения в режиме реального времени. / Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э.
Баумана. Электрон. журн. 2017. № 03. С. 1–16. 2017г.
34.Куць В.А., Николаев С.М., Иванов И.И. Метод детектирования
автоколебаний узлов технологической системы при фрезерной обработке.
Часть 1: Описание и апробация алгоритма детектирования // Интернет-журнал
«НАУКОВЕДЕНИЕ»Том8,№6(2016)
http://naukovedenie.ru/PDF/132TVN616.pdf (доступ свободный).
35.Y. Altintas , O. Tuysuz , M. Habibi , Z.L. Li.Virtual compensation of
deflection errors in ball end milling of flexible blades. CIRP Annals – Manufacturing
Technology 67 (2018).
36.Логунов, А.В. Жаропрочные никелевые сплавы для лопаток и
дисков газовых турбин /А.В. Логунов. – Рыбинск: Издательский дом
«Газотурбинные технологии». – 2017. – 854 с , 12.
37.И. Афонасов.Выбор оптимальных режимов резания при точении
титановых сплавов.
38.Ю. Кулагин , Я. Е. Бейгельзимер. Технологические особенности
изготовления лопаток компрессора ГТД из титановых сплавов с применением
винтовой экструзии.
39.В. Н. Варюхин2 , Д. В. Распорня2, Справочное руководство ISCAR
Обработка титана
40.Расчет режимов резания при механической обработке металлов и
сплавов [Э.Г. Бабенко].pdf
41.Справочник технолога том 1 (Косилова А.Г.).djvu]
42.Справочник технолога том 2 (Косилова А.Г.).djvu,