CC BY
14
Секция «Технологические и мехатроииые системы в производстве ракетно-космической техники»
УДК 621.923.01
ФИНИШНАЯ ОТДЕЛКА ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТРУДНООБРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ ОБРАБОТКОЙ АБРАЗИВНЫМ ПОТОКОМ
Д. И. Савин, О. В. Литовка* Научный руководитель - В. А. Левко
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31
*E-mail: litovka.9518@gmail.com
Современный уровень развития производства ракетно-космической техники обусловил широкое использование труднообрабатываемых материалов. В качестве финишной операции для таких деталей все большее применение находит обработка абразивным потоком. В работе нами рассмотрены практики применения данного метода для финишной обработки деталей из таких материалов, как сплава Inconel 600, титанового сплава 6Al4V, цементированных карбидов и сплавов из порошкового молибдена.
Ключевые слова: обработка абразивным потоком, сплав Inconel 600, титановый сплав 6Al4V, цементированный карбид, сплав порошкового молибдена.
FINISHING OF DETAILS OF HARD WORKABLE MATERIALS BY ABRASIVE FLOW MACHINING PROCESS
D. I. Savin, O. V. Litovka Scientific supervisor - V. A. Levko
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *E-mail: litovka.9518@gmail.com
The current level of development of the production of rocket and space technology has led to the widespread use of hard-to-handle materials. As a finishing operation for such parts, abrasive flow machining is increasingly used. In this work, we examined the practice of applying this method for finishing parts from materials such as Inconel 600 alloy, 6Al4V titanium alloy, cemented carbides, and molybdenum powder alloys.
Keywords: abrasive flow machining, Inconel 600 alloy, titanium alloy 6Al4V, cemented carbide, molybdenum powder alloy.
Современный уровень развития производства ракетно-космической техники обусловил широкое использование материалов, способных не терять свои эксплуатационные свойства при температурах, близких к их температурам плавления. Эти материалы отличаются стойкостью к различным агрессивным средам и обладают высокой износостойкостью. Основу таких материалов составляют сплавы титана, кобальта, никеля, хрома и молибдена. Высокие эксплуатационные свойства таких сплавов обусловливают их низкую обрабатываемость резанием из-за особых характеристик, таких как низкая теплопроводность, высокая прочность при повышенных температурах, износостойкость и т.д.
К деталям, выполненным из таких труднообрабатываемых материалов, зачастую предъявляют высокие требования к качеству поверхностного слоя. Известно, что традиционные способы окончательной обработки, применяемые для получения размера в
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2020. Том 1
пределах допуска, иногда не обеспечивают заданного качества поверхности (шероховатость, характер остаточных напряжений). Тогда в план обработки вводят дополнительную отделочную операцию [1].
В качестве такой отделочной операции для деталей из труднообрабатываемых материалов все большее применение находит такой нетрадиционный метод финишной обработки, как обработка абразивным потоком (abrasive flow machining (AFM)). В России этот способ известен как абразивно-экструзионная обработка [2]. Иногда его называют экструзионное хонингование [3].
Основу абразивного потока составляет полимерная среда, наполненная абразивными или алмазными зернами. Известно, что при обработке абразивным потоком в потоке рабочей среды отдельные абразивные зерна перемещаются по линиям тока. При этом наблюдается эффект образования силовых абразивных цепочек [4]. Пример образования такой цепочки приведен на рис. 1.
При течении под давлением через обрабатываемую деталь в потоке возникают большие касательные и нормальные напряжения, которые создают большие давления на обрабатываемую поверхность (до 7 МПа). Таким образом, появляются составляющие силы резания, действующей на единичное абразивное зерно, обусловлено касательными и нормальными напряжениями потока рабочей среды, которые позволяют проводить финишную обработку деталей и из труднообрабатываемых материалов.
Рис. 1. Визуальное исследование образования силовых абразивных цепочек при обработке абразивным потоком конусного отверстия [1]
Экструзионное хонингование сплава Inconel 600 (сплав никеля и хрома, российские аналоги сплавы ХН60ВТ и ХН78Т) показало, что шероховатость поверхности улучшилась с исходной Ra = 0,6 мкм до Ra = 0,32 мкм [5].
Обработка абразивным потоком титанового сплава 6Л14У абразивными зернами величиной до 700 мкм показала, что на поверхности образовались дополнительные риски [6]. Изучение характеристик процесса обработки абразивным потоком титанового сплава 6Л14У, используемого в аэрокосмической отрасли и медицине, показало, что производительность процесса увеличивается при более высоких значениях давления и вязкости рабочей среды [7]. Так исходная шероховатость Ra = 2,2 мкм уменьшилась до Ra = 0,32 мкм.
Для повышения износостойкости кромок режущих пластин на них наносят защитные покрытия. Технологические исследования AlTiN - твердых покрытий на пластинах из цементированных карбидов показывают, что предварительная обработка этих поверхностей перед нанесением покрытий оказывают значительное влияние их работоспособность.
Секция «Технологические и мехатронные системы в производстве ракетно-космической техники»
Проведенное сравнение обработки абразивным потоком и технологии лазерной абляции в качестве предварительной обработки поверхности под нанесение покрытия на цементированные карбиды, показало, что AFM обеспечивает высокое качество поверхности, удаляет с поверхности кобальтовое связующее и не вызывает плавления поверхности и образования растягивающих трещин [8].
При анализе контактных взаимодействий при обработке абразивным потоком средой высокой вязкости заготовок из сплавов порошкового молибдена установлен ряд особенностей. К ним можно отнести отвод рабочей средой отделяемых частиц молибдена из зоны обработки; самозатачивание абразивных зерен за счет скалывания их граней; периодическая смена активных абразивных зерен в процесс многократной экструзии рабочей среды; разные виды контактных взаимодействий на контурной и фактической площади контакта абразивного зерна и обрабатываемой поверхности; - возможность менять условия контакта за счет применения последовательной обработки рабочими средами разных составов [9].
Эти особенности характерны для обработки абразивным потоком и других труднообрабатываемых материалов. Они позволяют использовать данный метод в качестве отделочной операции в технологии производства деталей из труднообрабатываемых материалов для ракетно-космической отрасли.
Библиографические ссылки
1. Технология машиностроения. Проектирование технологических процессов. Сысоев С.К., Сысоев А.С., ЛевкоВ.А. Санкт-Петербург, 2011. (1-е, Новое). 352 с.
2. Левко В.А. Научные основы абразивно-экструзионной обработки деталей. Красноярск, 2015. 222 с.
3. Сысоев С.К., Сысоев А.С. Экструзионное хонингование деталей летательных аппаратов: теория, исследования, практика: монография / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2005. 220 с.
4. Research the influence finishing canal shape to flow media for abrasive flow machining process. Levko V.A., Lubnin M.A., Snetkov P.A., Pshenko E.B., Turilov D.M. Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева. 2009. № 5(26). С. 93-99.
5. Extrusion Honed Surface Characteristics of Inconel 600. Raju H. P., Devadath V. R., Murali Krishna N. L. International. Journal of Engineering Research and Applications. Vol. 3. Issue 6. 2013. P.1338-1343
6. An integrated systematic investigation of the process variables on surface generation in abrasive flow machining of titanium alloy 6Al4V. Howard M., Cheng K. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 2014. DOI: 10.1177/0954405414522210
7. Study of Process Characteristics of Abrasive Flow Machining (AFM) for Ti-6Al-4V and Validation with Process Model.Авторы Sato T., Wan S., Ang Y. J. Advanced Materials Research. 2013. Vol. 797. P. 411-416. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.797.411
8. Substrate pre-treatment of cemented carbides using abrasive flow machining and laser beam ablation Uhlmann E., Richarz S., Mihotovic V. Production Engineering. Vol. 3, Issue 1. P. 81-86. DOI 10.1007/s11740-008-0145-x
9. Левко В.А., Савин Д.И., Литовка О.В. Контактные взаимодействия при обработке абразивным потоком средой высокой вязкости заготовок из сплавов порошкового молибдена. Вестник Иркутского государственного технического университета. 2020. Т. 24. № 1 (150). С. 36-51.
© Савин Д. И., Литовка О. В., 2020
