Абразивно-экструзионная обработка алюминиевых сплавов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Секция « Технология производства ракетно-космической техники»

УДК 621.923.9

Ю. В. Метелкин, И. В. Тулин Научный руководитель - Л. П. Сысоева Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

АБРАЗИВНО-ЭКСТРУЗИОННАЯ ОБРАБОТКА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Рассмотрена возможность абразивно-экструзионной обработки деталей из алюминиевых сплавов. Исследовано влияние состава рабочей среды на эффективность обработки.

Существенное влияние шероховатости поверхности на сопротивление усталости связано с тем, что оставшиеся после обработки микронеровности поверхности являются концентраторами напряжений в поверхностном слое и под действием циклических нагрузок приводят к возникновению и развитию усталостных трещин [1]. В этой связи предъявляются высокие требования к качеству поверхности, что приводит к необходимости введения операций финишной обработки или операций по созданию направленной шероховатости. Анализ конструктивных особенностей деталей ЛА показал, что велика доля деталей, имеющих сложнопрофильные поверхности, подвод инструмента к которым затруднен. Для обработки таких поверхностей предложен метод абразивно-экструзионной обработки (АЭО). В качестве инструмента для АЭО используется рабочая среда (РС), состоящая из полимерной основы и рабочих частиц (абразивных зерен) различной зернистости и в различной концентрации.

Исследование влияния состава РС на эффективность обработки проведено на лабораторной установке УЭШ-100 на образцах, изготовленных из алюминиевого сплава АМг6 после фрезерования с шероховатостью поверхности Яа = 5,0 мкм. Режимы обработки: давление масла в системе Р = 10 МПа; количество циклов п = 10. РС приготовлена на основе каучу-

ка синтетического термостойкого высокомолекулярного СКТ (ТУ 38.103694-89) с добавлением 12 % мелкодисперсного фторопласта Ф40 (ТУ 301-05-17) и карбида кремния черного марки 54С с варьированием зернистости и концентрации абразива с реализацией плана Коно т = 2.

В результате эксперимента было выявлено, что с возрастанием концентрации абразива в РС растет интенсивность съема металла с поверхности (рис. 1, 2).

Это объясняется увеличением количества активных абразивных зерен в зоне контакта среды с обрабатываемой поверхностью и плотности среды, приводящей к возрастанию нормальных напряжений, усиливающих силы прижатия активного зерна к поверхности при постоянном давлении в системе. При этом максимальный съем металла происходит при использовании абразива зернистостью ^36, а при дальнейшем увеличении зернистости происходит снижение производительности обработки, так как уменьшается площадь контакта единичного зерна с обрабатываемой поверхностью и количество контактов активных зерен в зоне обработки. На поверхности алюминиевых образцов после обработки наблюдаются царапины и следы внедрения отдельных абразивных зерен (рис. 3), которые увеличиваются с возрастанием величины абразива, его концентрации и повышения давления в зоне обработки.

0.5

0.4-

0.3'

0.2-

0.1

0

Ва, мк

300 400 500

600 700 800 900

Ка = 50% Ка = 65% Ка = 80%

Рис. 1. Зависимость высоты съема металла И мкм. от зернистости абразива Ва мкм и его концентрации Ка % в РС

250'

200

150'

100

50

Ва, мк

300 400 500 600 700 800 900

Ка = 50% Ка = 65% Ка = 80%

Рис. 2. Зависимость съема металла по массе О мг от зернистости абразива Ва мкм и его концентрации Ка % в РС

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

Рис. 3. Следы внедрения отдельных абразивных зерен (отмечены окружностями) в поверхность алюминиевого образца при АЭО при промежуточной обработке. Увеличение *40

Проведенные исследования позволили выявить возможность использования крупнозернистого абразива для снятия дефектного слоя. Для чистовой отделки и упрочнения рекомендуется использовать безабразивный метод выглаживания, основанный на пластической деформации, при котором в качестве рабочих частиц используются деформирующие элементы. Данный метод позволяет получить шероховатость в диапазоне Яа = 0,4...0,8 мкм [2].

Библиографические ссылки

1. Сысоев С. К., Сысоев А. С. Экструзионное хо-нингование деталей летательных аппаратов: тео-

рия, исследования, практика : монография ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2005. 220 с.

2. Сысоева Л. П., Тарасов Д. В., Сысоев А. С. Исследование процесса отделки каналов экструзионным выглаживанием // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : материалы VIII Всерос. науч.-практ. конф. творческой молодежи. Т. 1 / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2012. С. 32-33.

© Метелкин Ю. В., Тулин И. В., 2013

УДК 621.923.9

А. А. Полещук, Е. А. Соломатова, Л. П. Сысоева Научный руководитель - А. С. Сысоев Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК РАБОЧИХ СРЕД ДЛЯ АБРАЗИВНО-ЭКСТРУЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ

Определено время завершения механохимической реакции при приготовлении основы рабочей среды.

Абразивно-экструзионная обработка (АЭО) основана на экструзии под давлением 6. 12 МПа вдоль обрабатываемой поверхности вязкоупругой полимерной рабочей среды (РС), наполненной рабочими частицами [1].

Технология приготовления РС для АЭО состоит из двух этапов: приготовления основы путем смешения полимера с пластификаторами и модификаторами и окончательного приготовления РС путем добавления к основе рабочих частиц. В итоге полученный инструмент - это многокомпонентная система, свойства которой отличаются от свойств полимера и зависят от вида компонентов и их концентрации [2].

В качестве основы РС для АЭО выбран каучук синтетический термостойкий СКТ (ТУ 38.103694-89)

- высокомолекулярный полимер, обладающий высокой теплостойкостью (диапазон рабочих температур от -60 до 250 °С) и эластичностью (относительное удлинение 360 %). С целью изменения физико-химических свойств полимера каучук смешивался с мелкодисперсным фторопластом Ф40 (ГОСТ 10007-80).

Смешение компонентов выполнялось на шнековом смесителе. Для определения времени окончания ме-ханохимической реакции в системе «каучук-фторопласт» измерены значения параметров через одинаковые промежутки времени (рис. 1, 2).

Окончание реакции определялось по выравниванию механических свойств приготовленной основы РС.