CC BY
12ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ
ложение легло в основу постановки задач, решение которых связано с разработкой комплекса математических моделей системной связи геометрических параметров абразивного инструмента и режима станочного оборудования с выходом на эффективность показателей процесса виброабразивной обработки деталей. Эффективная виброабразивная обработка должна обеспечивать основные показатели процесса о комплексе - высокую производительность, минимальный расход абразивного наполнителя и требуемое качество изделия.
Алгоритм решения рассматриваемой проблемы представлен структурно-логической схемой достижения цели.
Ключевая идея в нахождении геометрических параметров абразивных гранул заключалась в отборе именно тех параметров, которые объективно оценивали, с одной стороны, геометрию совокупного множества абразивных гранул, как режущего инструмента при виброабразивной обработке, и с другой - отвечают критериям косвенной оценки режущей способности (производительности), износостойкости абразивных гранул и качества поверхности обработанных деталей.
На этой основе разработан ряд взаимосвязанных моделей - стохастической модели совокупного множества абразивных гранул, моделей геометрии контактного участка абразивных гранул и его износа, модели процесса формирования достижимого уровня шероховатости поверхности обработанных деталей, модели системной связи геометрии инструмента и режима станочного оборудования, повышающей эффективность виброабразивной обработки.
На основании стохастической модели геометрии совокупного множества абразивных гранул и математической модели их контактного участка выявлены геометрические параметры, которые находятся в тесной связи с производительностью процесса и износом абразивных гранул при вибрационной обработке деталей. В результате решения были получены и апробированы следующие формулы для расчета данных параметров:
1_ = 6к • я'0,5аг • ав1,5; Е(Р) = ц ■ Рк;
Рк= 1,258л2 (ст, -а/. (1)
Геометрический параметр I. (острота рельефа абразивных гранул) представляет собой критерий косвенной оценки производительности процесса.
Геометрический параметр Е(13) (номинальный радиус кривизны абразивных гранул, зависящий от критического радиуса абразивных гранул Рк), является критерием косвенной оценки износа абразивных гранул. С увеличением значения Е(Р) износ абразивных гранул, при прочих равных условиях, уменьшается. В приведенных формулах (1)
к и |1 -коэффициенты, причем > 1.
Статистические параметры профиля абразивных гранул ае и ае оценивают, соответственно, среднее квадрзти-ческое отклонение ординат и чувствительность корреляционной связи между значениями случайных ординат.
Процесс формирования шероховатости поверхности обрабатываемых деталей при вибрационной обработке рассматривается как процесс в динамической системе, которая осуществляет преобразование случайной функции профиля рельефа абразивных гранул в случайную функцию профиля микрорельефа поверхности обработанной детали.
В результате разработки модели системной связи геометрии инструмента и режима станочного оборудования, повышающей эффективность виброабразивной обработки была получена следующая зависимость:
А2 = А,(Е(Н2/Е(^))05 (2)
функционально связывающая амплитуду колебаний А рабочей камеры вибростанка с номинальным радиусом кривизны поверхности абразивных гранул Е(Я). В частности, при прочих равных условиях, повышение амплитуды колебаний от значений Адо А2и соответствующего, согласно (2), увеличения номинального радиуса кривизны абразивных гранул от Е^) до Е(Р2) получается требуемый эффект. При росте производительности процесса (Ап > А2) происходит снижение интенсивности износа абразивных гранул (Е^) > Е(Р2))и обеспечивается требуемая шероховатость обработанных поверхностей деталей, так как с увеличением значения геометрического параметра Е(К) шероховатость поверхности деталей уменьшается.
Для проверки адекватности модели реальному процессу разработаны требования метрологического обеспечения проводимым экспериментальным работам. В результате проведенных целенаправленных экспериментальных исследований, подтвердивших правомочность разработанных математических моделей, было реализовано принципиально новое награвление в технологических решениях[1].
Таким образом, выявленная система геометрических параметров, оценивающих геометрию совокупного множества абразивных гранул, позволила создать, с одной стороны, методологию аттестации абразивных гранул по геометрическим параметрам, и с другой - установить принципиально новое направление е технологии вибрационной обработки деталей в среде абразивных гранул.
Литература
1. Патент №2038940 РФ, МКИ3 кл. 6 В 24 В 31/06. Способ вибэоабразивной обработки./ Г.В. Литовка.-Заявлено 11.01.93. Опубл. 09.06.1995, Бюл. Изобретения №19.
"Газодинамическое напыление. Новые технологии и оборудование
А.П. АЛХИМОВ, профессор, доктор техн. наук, г.н.с., В.Ф. КОСАРЕВ, зав. лав., доктор ф.-м. наук, с.н.с., ИТПМ СО РАН, г. Новосибирск
В ИТПМ СО РАН в 80-х годах было открыто явление формирования покрытий из частиц в твердом состоянии при комнатной температуре, которое в дальнейшем было названо "холодным газодинамическим напылением" (ХГН).
20 № 2 (27) 2005
В этом направлении был проведен цикл фундаментальных исследований, позволивший понять механизм явления, определить условия формирования таких покрытий и перейти, на этой основе, от традиционно используемых вы-
«
ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
сокотемпературных процессов (плазменных, газо- пламенных, дэтонационных и т.д.) к высокоскоростным (высокий уровень кинетической энергии) низкотемпературным способам нанесения покрытий, пленок, компактирования новых материалов (в том числе композитных).
На основе ХГН в ИТПМ разработан ряд принципиально новых технологий мирового уровня, защищенных патентами России, США, Европы.
Сущность технологии ХГН. По технологиям ХГН покрытия формируются из нерасплавленных высокоскоростных частиц размером 50 - 0,01 мкм, ускоряемых в сверхзвуковых аэродинамических установках до скорости ~ 1000 м/с и более при температуре рабочего газа существенно ниже температуры пгавления материала частиц.
Следовательно, отличительная особенность технологии ХГН (в сравнении с плазменной, газопламенной, детонационной и т.д.) состоит в том, что основным энергетическим источником формирования покрытий является кинетическая энергия напыляемых частиц, сообщаемая им сверхзвуковым потоком рабочего газа, что обеспечивает получение покрытий с минимальными температурными напряжениями, без сквозных пор и микротрещин и обуславливает высокие электропрсводящие, антикоррозионные и прочностные (адгезионно-ксгезионные) свойства.
Завершенные научно-технологические разработки ХГН.
1. Технология производства электропроводных защитных покрытий кабельных наконечников и переходных пластин (по патенту РФ № 2096877,1997, Электротехническое соединительное изделие), в соответствии с ГОСТ 9581-80 и изменением № 4, по пункту 2, дополненного словами: "Кабельные наконечники могут изготавливаться с защитным металлическим покрытием 116 или Ц6 или с покрытием контактной поверхности зажимной части наконечника медью, никелем или цинком, нанесенным способом газодинамического напыления".
Технология включает в себя:
• подготовку поверхности КН (удаление загрязнений,
механическая активация);
• подготовку расходуемьх материалов (в частности,
напыляемых порошков);
• процесс напыления;
• контроль и упаковку.
Для реализации этой технологии в ИТПМ разработаны и созданы стационарные установки кассетного и карусельного типа, позволяющие наносить покрытия Си, 1п на все типы размеров КН, с производительностью 500 -1000 шт/час в зависимости от типоразмера, а также вспомогательное оборудование (для активации КН, мойки, сушки КН, утилизации и повторного использования порошка)
2. Технология антикоррозионной защиты стальных изделий.
Разработана технология нанесения антикоррозионных покрытий на металлические конструкции в соответствии с ГОСТ 28302-89, и в частности, на наружную и внутреннюю поверхность труб, профильного (уголок) и листового проката.
2.1. Наружное напыление производится на установке с проходной камерой напыления, через которую проходит обрабатываемая труба с одновременньм вращением вокруг своей оси.
Установка наружного напыления (УНН) включает в себя: рольганговую (подающую) линию, задающую вращательно-поступательное движение трубы относительно напыляющего сопла;
• камеру напыления с размещенным в ней сопловым узлом;
• сопловой узел, включающий одно или несколько сопел;
• дозатор напыляющего порошка с приводом;
• регулятор температуры рабочего газа (нагреватель);
• источник сжатого газа (компрессор);
• накопитель газа (рессивер);
• систему утилизации порошка. Технические параметры:
давление рабочего газа, МПа 1,2 - 2,0;
оемпература рабочего газа,°С 80-200;
производительность (при толщине 0,2 мм), м2/час 5-20: толщина слоя покрытия (может быть и более), мм 0,05-0,3; коэффициент использования порошка без повторного использования 0,5-0,8;
с улавливанием частиц и повторным использованием 0,9-0,95.
2.2. Напыление внутренней поверхности труб диаметром 100 мм и более осуществляется на стационарной штангообразное установке, при этом труба закрепляется на станине с возможностью вращения, а внутрь трубы вводится штангообразное напыляющее устройство с возможностью перемещения вдоль оси трубы.
Установка внутреннего напыления (УВН) включает в себя:
• станину (для закрепления обрабатываемой трубы) на которой устанавливается штангообразное напыляющее устройство;
• напыляющее устройство, выполненное в виде трубы, с размещенными в ней нагревателем и сопловым узлом;
• дозатор напыляющею порошка о приводом,
• источник сжатого газа (компрессор);
• накопитель газа (рессивер);
• систему утилизации порошка.
Технические параметры УВН те же, что и для УНН.
2.3. Разработано технологическое оборудование для высокопроизводительной линии по нанесению защитных покрытий на уголковый прокат с производительностью 90 - 200 м2/час, что позволяет легко согласовывать его с действующими на предприятиях прокатными линиями.
3. Многофункциональное оборудование ХГН. Разработана многофункциональная передвижная установка пистолетного типа (в виде ручного инструмента), которая позволяет наносить защитные, токопроводящие и т.д. покрытия на детали сложной формы, открытых площадках, внутренних поверхностях резервуаров и т.д., производить восстановительно-ремонтные и другие работы.
№2(27)2005 21
*
