Научная статья на тему 'Исследование образования смазывающей пленки смазочно-охлаждающей жидкости при обработке жаропрочного и титанового сплавов'

Исследование образования смазывающей пленки смазочно-охлаждающей жидкости при обработке жаропрочного и титанового сплавов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
412
114
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МАЛЛООБРАБОТКА / ЛЕЗВИЙНАЯ ОБРАБОТКА / СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩАЯ ЖИДКОСТЬ / METAL WORKING / CUTTING PROCESSING / LUBRICANT COOLING LIQUID

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Попов Андрей Юрьевич, Реченко Денис Сергеевич, Кисель Антон Геннадьевич, Леонтьева Екатерина Валерьевна, Матвеева Марина Геннадиевна

Титановые и жаропрочные сплавы применяется в авиастроении, преимущественно в двигателе самолета, и детали, выполненные из него, являются ответственными и высоконагруженными. Существенное значение при изготовлении деталей из этих материалов имеют лезвийные операции, предназначенные для получения высокого качества поверхности. При этом качество поверхности имеет очень высокие требования и жесткий допуск. Важным критерием показателя качества поверхности является шероховатость (микронеровности) и точность формы и размеров, образующихся при точении. Существенное значение при изготовлении деталей из титанового и жаропрочного сплавов имеют токарные операции, так как они занимают до 80 % всего технологического процесса изготовления деталей двигателя самолета. Качество обработанной поверхности имеет большое значение, так как деталям такого класса предъявляются высокие требования к точности изготовления.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Попов Андрей Юрьевич, Реченко Денис Сергеевич, Кисель Антон Геннадьевич, Леонтьева Екатерина Валерьевна, Матвеева Марина Геннадиевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Formation of lubricant film of cooling liquid when processing heat resisting and titanic alloys

Titanic and heat resisting alloys are applied in aircraft industry, mainly in the plane engine, and the details executed from it are responsible and high-loaded. At production of details from these materials the cutting operations intended for quality receiving a surface have essential value. Thus, the quality of a surface has very high requirements and the tough admission. Important criterion of the indicator of quality of a surface is a roughness (microroughness) and accuracy of a form and the sizes which are formed when turning. At production of details from titanic and heat resisting alloys turning operations as they borrow up to 80% of whole technological process of production of details of the engine of the plane have essential value. The quality of the processed surface is of great importance as details of such class have high requirements to production accuracy.

Текст научной работы на тему «Исследование образования смазывающей пленки смазочно-охлаждающей жидкости при обработке жаропрочного и титанового сплавов»

Библиографический список

1. Кузнецов, В. И. Теория и расчёт эффекта Ранка / В. И. Кузнецов. - Омск : ОмГТУ, 1994. - 217 с.

2. Пат. 2475310 РФ, С2. Способ разделения механических смесей на основе использования свойств вихревого потока и применения вихревого сепаратора-конфузора / В. И. Кузнецов, О. А. Шариков, М. О. Шариков ; патентообладатели В. И. Кузнецов, О. А. Шариков, М. О. Шариков. -№ 2010131618/05 ; заявл. 27.07.2010 ; опубл. 20.02.2013, Бюл. № 5.

КУЗНЕЦОВ Виктор Иванович, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры авиа- и ракетостроения Омского государственного технического университета (ОмГТУ). ШАРИКОВ Олег Алексеевич, заместитель директора ООО «НПО «Вихрь» при ОмГТУ. Адрес для переписки: o_sharikov@mail.ru

Статья поступила в редакцию 27.12.2014 г. © В. И. Кузнецов, О. А. Шариков

УДК 621.91

А. Ю. ПОПОВ Д. С. РЕЧЕНКО А. Г. КИСЕЛЬ Е. В. ЛЕОНТЬЕВА М. Г. МАТВЕЕВА

Омский государственный технический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ СМАЗЫВАЮЩЕЙ ПЛЕНКИ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ ПРИ ОБРАБОТКЕ ЖАРОПРОЧНОГО И ТИТАНОВОГО СПЛАВОВ

Титановые и жаропрочные сплавы применяется в авиастроении, преимущественно в двигателе самолета, и детали, выполненные из него, являются ответственными и высоконагруженными. Существенное значение при изготовлении деталей из этих материалов имеют лезвийные операции, предназначенные для получения высокого качества поверхности. При этом качество поверхности имеет очень высокие требования и жесткий допуск. Важным критерием показателя качества поверхности является шероховатость (микронеровности) и точность формы и размеров, образующихся при точении. Существенное значение при изготовлении деталей из титанового и жаропрочного сплавов имеют токарные операции, так как они занимают до 80 % всего технологического процесса изготовления деталей двигателя самолета. Качество обработанной поверхности имеет большое значение, так как деталям такого класса предъявляются высокие требования к точности изготовления.

Ключевые слова: маллообработка, лезвийная обработка, смазочно-охлажда-ющая жидкость.

Проблемы, возникающие в процессе резания авиационных материалов, вызывают необходимость комплексного исследования процесса обработки с применением смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), разработку методов определения эффективности СОЖ и методов подачи в зону резания, с учетом обрабатываемого материала, режимов обработки и режущего инструмента, с целью увеличения ресурса инструмента, производительности и точности обработки. Конечно, это вызывает дополнительные технологические трудности, так как существует большое количество видов и марок

СОЖ. Учесть влияние всех факторов в комплексе можно, задавшись условиями ограничения.

Существующие взгляды сводятся к тому, что СОЖ в процессе резания оказывает смазывающее и охлаждающее, диспергирующее и моющее действия. В процессе резания металлов химически активные поверхности режущего инструмента и стружки входят в реакцию с компонентами смазочной среды. Данная гипотеза развивается специалистами по трению и резанию металлов.

Наибольший интерес влияния СОЖ вызывает обработка авиационных материалов, так как данная

область наиболее востребована в повышении и сохранении качества обработки. В авиационных двигателях широко применяют сплавы ХН60ВТ (ВЖ98, ЭИ868), ХН50ВМТЮБ (ЭП648), ХН68ВМТЮК (ЭП693), ХН56ВМТЮ (ЭП199), ХН73МБТЮ (ЭИ698), ХН77ТЮР, ВТ8, ВТ3-1, ВТ9, ВТ8, ВТ8М, ВТ18У и т.д. [1—3]. В данной работе рассматривались жаропрочный сплав на никелевой основе ХН77ТЮР и титановый сплав ВТ3-1, являющиеся яркими представителями своих групп материалов.

В некоторых работах приводятся положения об отрицательном влиянии СОЖ на процесс резания, которое связано с особенностями образования пленки и ее проникающего действия. Механизм образования пленки и ее проникающее действие при резании остается предметом исследований. Проникновение СОЖ в клиновидный зазор между стружкой и поверхностью режущего инструмента происходит из-за капиллярного эффекта [4]. По некоторым данным при низких и средних скоростях обработки контакт стружки с резцом имеет точечный характер 0,5—1 мкм, что обеспечивает эффективное и постоянное поступление СОЖ и ее паров.

Проникающая способность СОЖ характеризуется толщиной пленки Ь и имеет зависимость:

h = п

S • V F

т] — абсолютная вязкость масла, Н-с/м2;

где

Б — площадь соприкосновения трущихся тел, м V — скорость перемещения трущихся поверхно стей, м/с; Б — сила жидкостного трения, Н.

При этом должна соблюдаться закономерность:

h ■ > 1,5-k+k), min м 2'

где ¿>1 и 82 — максимальные высоты выступов на поверхностях трения, обеспечивающие устойчивое и надежное жидкостное трение.

При высоких скоростях обработки, контакт стружки с резцом имеет сплошной характер, поэтому проникновение СОЖ возможно лишь в парообразном состоянии или при значительном давлении струи.

Проникающее действие СОЖ зависит от ее физических свойств (вязкость, плотность, химическая активность и т.д.) и от способа подвода ее в зону резания (рис. 1). По последним исследованиям установлено, что эффективность смазывающего действия усиливается при подаче СОЖ под давлением, так как это повышает проникающую способность струи или жидкости в распыленном состоянии. Значительное повышение давление свыше 10 бар позволяет производить эффективное стружко-дробление и ее отвод.

По некоторым данным, проникающая способность зависит от размера молекул СОЖ. Молекулы олеиновой кислоты имеют длину органической цепи 19 А, а молекулы таких соединений, как Н2Б, Б02, С103, СС14, имеют длину связей атомов 1,5 — 2 А, вследствие чего являются более эффективными [4].

Общие представления влияния СОЖ на процесс резания сводятся к тому, что в некоторых зонах происходит искажение кристаллической решетки обрабатываемого материала, за счет его охрупчения вследствие резкого перепада температур. При этом возникает и смазывающее действие за счет образования защитных пленок. Конечным проявлением смазывающего действия является уменьшение работы сил трения и повышение стойкости режущего инструмента.

Исследование толщины пленки проводились на машине трения ИИ5011.

Для проведения исследований применялись следующие марки СОЖ:

1) водоэмульсионные СОЖ с концентрацией 10 % марок: Смальта-3, Смальта-3*ЕР, Смальта ЕР, Биосил М, А<Мшо1 ШН430, Б^ос^ 2000, Б^ос^ 4000, Еши1си1 100, Росойл-500, Укринол-1М, Ак-вол-6, МоЫ1си1 140 и 1,5 % водный раствор кальцинированной соды (1,5 % в.р.к.с.);

2) синтетические СОЖ с концентрацией 10 % марок: Биосил С, Экол-3, 18одгш<1-130ЕР, Акремон-Д-1, Конкрепол-ВЦ, а также полусинтетическая СОЖ Смальта-11;

3) масляные СОЖ, масла и основы масляных СОЖ: жидкий парафин (Ж.П.), РЖ8У, ПС-28, И-40А, И-20А, И-12А, И-5А, Льняное масло, Масло Б-3В, Г.К., МР-1У, МР-3, МР-7, МБХ-5, Полигликоль, Эфир Т.

Ниже приведены зависимости толщины смазочной пленки Ь от кинематической вязкости СОЖ |1 и зависимости коэффициента трения Ктр от толщины смазочной пленки Ь для пар трения ХН77ТЮР — ВК8 (рис. 2, 3) и ВТ3-1 - ВК8 (рис. 4, 5).

Рис. 2. Зависимость толщины смазочной пленки от кинематической вязкости СОЖ для пары трения ХН77ТЮР - ВК8

Рис. 1. Схема действия СОЖ при резании

Рис. 3. Зависимость коэффициента трения от толщины смазочной пленки для пары трения ХН77ТЮР - ВК8

Рис. 4. Зависимость толщины смазочной пленки от кинематической вязкости СОЖ для пары трения ВТ3-1 - ВК8

зана ограниченная область, показывающая диапазон изменения коэффициента трения от толщины смазочной пленки. Как видно из зависимостей, с увеличением смазочного слоя до 0,002 мкм и более диапазон коэффициентов трения значительно сужается, что говорит о большей стабильности работы пар трения.

Библиографический список

1. Химушин, Ф. Ф. Жаропрочные стали и сплавы / Ф. Ф. Химушин. - М. : Металлургия, 1969. - 750 с.

2. Колачев, Б. А. Титановые сплавы разных стран : справ. / Б. А. Колачев, И. С. Полькин, В. Д. Талалаев. - М. : ВИЛС, 2000. - 316 с.

3. Ильин, А. А. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства : справ. / А. А. Ильин, Б. А. Колачев, И. С. Полькин. -

М. : ВИЛС МАТИ, 2009. - 520 с.

4. Латышев, В. Н. Повышение эффективности СОЖ / В. Н. Латышев. - М. : Машиностроение, 1975. - 89 с.

Рис. 5. Зависимость коэффициента трения от толщины смазочной пленки для пары трения ВТ3-1 - ВК8

Зависимость толщины смазочной пленки от кинематической вязкости СОЖ для пары трения ХН77ТЮР - ВК8 имеет вид:

h = 940-а|2 + 10-5| при достоверности аппроксимации Я2 = 0,977.

Зависимость толщины смазочной пленки от кинематической вязкости СОЖ для пары трения ВТ3-1 - ВК8 имеет вид:

h = 740-а|2 + 10-5^| + 740-5, при достоверности аппроксимации Я2 = 0,985.

Как видно из представленных зависимостей, с увеличением кинематической вязкости увеличивается толщина смазочной пленки и уменьшается коэффициент трения. На зависимостях коэффициента трения от толщины смазочной пленки пока-

ПОПОВ Андрей Юрьевич, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой металлорежущих станков и инструментов. Адрес для переписки: popov_a_u@list.ru РЕЧЕНКО Денис Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры металлорежущих станков и инструментов.

Адрес для переписки: rechenko-denis@mail.ru КИСЕЛЬ Антон Геннадьевич, ассистент кафедры металлорежущих станков и инструментов. Адрес для переписки: kisel1988@mail.ru ЛЕОНТЬЕВА Екатерина Валерьевна, инженер 1-й категории кафедры машиноведения; магистрант гр. ПЭН-514 факультета элитного образования и магистратуры.

Адрес для переписки: katyleo@bk.ru МАТВЕЕВА Марина Геннадиевна, заведующая лабораториями кафедры машиноведения; магистрант гр. ПЭН-514 факультета элитного образования и магистратуры.

Адрес для переписки: marina-matveeva-71@mail.ru

Статья поступила в редакцию 10.10.2014 г. © А. Ю. Попов, Д. С. Реченко, А. Г. Кисель, Е. В. Леонтьева, М. Г. Матвеева

>

Книжная полка

621.1/Г15

Галдин, В. Д. Газодинамика влажно-паровых турбин : учеб. пособие / В. Д. Галдин. - Омск : ОмГТУ, 2014. - 111 c. - ISBN 978-5-8149-1847-5.

Приведены схемы применения турборасширительных машин для работы на парогазовой смеси. Рассмотрены основные особенности работы турбинной ступени на двухфазном потоке с жидкими и твердыми частицами, виды эрозии деталей паровых турбин и методы борьбы с ней, элементы теории получения твердого диоксида углерода из продуктов сгорания топлива, расширяющихся в турбодетандере. Выполнено математическое моделирование и дан расчетно-теоретический анализ вымораживания диоксида углерода из потока газовой смеси. Установлены особенности течения воздуха, водорода, гелия и влажного воз- Х духа в проточной части турбодетандера. Предназначено для магистрантов, обучающихся по направлению Е 140100.68 «Теплоэнергетика и теплотехника». и

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.