CC BY
8
Машиностроение и машиноведение
DOI 10.36622^Ти.2022.18.5.017 УДК 621.9.047
НЕПРОФИЛИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОД-ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ КОМБИНИРОВАННОГО УДАЛЕНИЯ ЗАУСЕНЦЕВ В МЕСТАХ СОЕДИНЕНИЯ СОПРЯЖЕННЫХ ГРЕБЕНЧАТЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
О.Н. Кириллов, В.П. Смоленцев, Г.А. Сухочев, С.С. Юхневич, Е.В. Котуков
Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж, Россия
Аннотация: рассмотрены возможности комбинированной обработки непрофилированным электродом-щеткой заусенцев в пазах со сложной геометрической формой. Предложена конструкция электрода щетки-кисточки для удаления заусенцев. Щетка-кисточка состоит из державки и рабочей части, изготавливаемой из металлической проволоки. Рабочая часть помещается в диэлектрическое кольцо из пластичного материала, расположенного по наружной поверхности кольца, и твердого, расположенного по его внешней поверхности. Диэлектрическое кольцо имеет отверстие в виде конуса. Отверстие своим меньшим диаметром размещено со стороны металлической проволочной рабочей части. Кольцо при этом имеет высоту, не превышающую глубину обрабатываемого паза детали без учета максимальных геометрических размеров удаляемого заусенца. Диэлектрическое кольцо имеет два внутренних диаметра, больший - определяется по минимальной ширине паза без учета двойной толщины обрабатываемого заусенца, и меньший - выполненный не меньше диаметра рабочей проволочной части при максимально рекомендованной для данного вида обработки плотности набивки проволоки в пучке. Рабочая часть электрода щетки-кисточки выбирается с длиной, которая не менее глубины зачищаемого паза, и диаметром в месте соединения рабочей части и державки щетки-кисточки, равным самой большой ширине обрабатываемого паза в изделии. Рассмотрен способ удаления заусенцев непрофилированным электродом щеткой-кисточкой в пазах оребрения охлаждения жидкостных ракетных двигателей. Приведены практические результаты проведенного эксперимента по удалению заусенцев в пазах, полученных фрезерованием
Ключевые слова: заусенцы, комбинированная обработка, электрод, щетка-кисточка, рабочая среда, ракетный двигатель
Введение
В машиностроении и, в I частности, в космической отрасли, при изготовлении жидкостных ракетных двигателей существует проблема обработки используемого для охлаждения камер сгорания, сопел и других теплонапряженных изделий наружного оребрения, выполненного в форме каналов из пазов, получаемых фрезерованием.
Применение лезвийного инструмента и других методов обработки, в частности, комбинированного гидроабразивного метода [1, 2] для доработки таких поверхностей проблематично из-за особенностей геометрии пазов, их размеров и предъявляемых требований. Перспективно использовать для удаления заусенцев электрофизические и электрохимические, комбинированные методы обработки, в которых в качестве инструментов используются непрофилированные электроды-инструменты [3]. Однако использование в
© Кириллов О.Н., Смоленцев В.П., Сухочев Г.А., Юхневич С.С., Котуков Е.В., 2022
качестве инструментов тонких, дисковых электродов-щеток не позволило обеспечить отсутствие скругления кромок на границе паза.
На рис. 1 представлено наружное оребрение охлаждения жидкостного ракетного двигателя.
2-паз; 3-периферийная поверхность для нанесения припоя; 4-образующиеся после фрезерования каналов заусенцы; 5-острые кромки; 6-донная часть паза; В-глубина паза; Н-ширина паза; ^высота заусенца; ^толщина заусенца
Для формирования каналов, по которым подается охлаждающая среда, на
периферийную поверхность паза одевается обечайка. Детали крепятся
высокотемпературной пайкой, для которой на периферию паза помещают слой припоя. При этом на поверхностях категорически не допускается присутствие заусенцев.
Трудность обработки заключается в том, что поверхность периферии на границе с пазом имеет острые кромки, скругление которых не допускается. Паз имеет заданную ширину Н, которая по техническому заданию должна быть выдержана. Причем донная часть паза имеет плоскую форму поверхности.
После обработки лезвийным инструментом, на поверхности паза остаются заусенцы разной геометрической формы и размеров, с разным расположением по отношению к поверхности паза: на гранях, внутри паза. В результате этого меняется ширина паза.
Непрофилированные электроды-
инструменты для обработки узких пазов
Наиболее перспективными по конструкции для удаления заусенцев в узких пазах являются электроды-инструменты в виде щеток-кисточек (рис. 2). Электроды-щетки изготовлены в форме щетки-кисточки. Их конструкция включает державку (корпус) для крепления рабочей части и непосредственно рабочую часть инструмента. Рабочая часть щетки-кисточки изготавливается из токопроводной металлической проволоки [3] и помещается внутри трубочки из диэлектрического материала [3]. Во время удаления заусенцев электроду щетке-кисточке помимо
прямолинейного поступательного движения придается вращательное. Удаление заусенцев включает их эрозионное, механическое разрушение и анодное растворение в жидкой, токопроводящей рабочей среде.
1 2
а
1 2
в
Рис. 3. Удаление заусенцев в пересекающихся каналах трубопроводов непрофилированным электродом-щеткой в форме кисточки: а - электрод-инструмент щетка-кисточка: 1 - державка, 2 - рабочая часть; б - удаление заусенцев: 1 -рабочая часть щетки-кисточки в канале трубопровода, 2 -удаляемые заусенцы
К недостаткам применения инструмента электрода-щетки в виде кисточки относится снятие металла в донной части паза детали и неконтролируемое скругление острых кромок на периферии обрабатываемого паза, в результате чего уменьшается площадь поверхности наружного участка детали, что не допускается, в частности, при дальнейшем соединении высокотемпературной пайкой сопрягаемых деталей.
Разработка непрофилированного электрода-кисточки для обработки сопряженных гребенчатых поверхностей
форме щеток-кисточек с разной степенью набивки и геометрией рабочей части
Поставленная задача зачистки заусенцев с периферии паза с сохранением на переходных участках острых кромок достигается с помощью непрофилированного электрода-инструмента, выполненного в форме кисточки. Причем конструкция электрода щетки-кисточки содержит державку для крепления рабочей части и помещенную в диэлектрическую трубочку рабочую часть, изготовленную из металлической проволоки. Трубочка имеет форму кольца, рис. 4, изготовленного из диэлектрического жесткого
и пластичного материалов. Пластичный диэлектрик расположен по наружной поверхности кольца, твердый по внутренней. Диэлектрическое кольцо имеет отверстие в виде конуса. Кольцо выполнено с высотой, не превышающей глубину обрабатываемого паза, без учета максимальных геометрических размеров удаляемого заусенца. В кольце выполнены два внутренних диаметра в виде конуса. Больший внутренний диаметр соответствует минимальной ширине обрабатываемого паза, меньший внутренний диаметр имеет размер не менее диаметра рабочей части щетки-кисточки, с плотностью набивки проволоки, максимально возможной для данного вида обработки [3]. Рабочая часть щетки-кисточки изготавливается с длиной проволок, соответствующей глубине паза, и диаметром щетки-кисточки в месте крепления рабочей части в державке, соответствующим ширине обрабатываемого паза [4].
Рис. 4. Диэлектрическое кольцо: 1- внутренняя часть кольца, изготовленная из жесткого диэлектрического материала; 2- внешняя часть кольца, изготовленная из эластичного диэлектрического материала; d1 - диаметр внутренней части кольца; d2 -наружный диаметр кольца
До начала удаления заусенцев в диэлектрическое кольцо помещают рабочую часть непрофилированного электрода щетки-кисточки до выступания проволоки пучка из кольца. В дальнейшем электрод щетку-кисточку опускают в паз детали до упора в его донную часть и фиксируют такое положение кольца.
Обработка паза поясняется рисунками. На рис. 5 показан непрофилированный электрод щетка-кисточка после установления на его рабочую часть диэлектрического кольца.
Рис. 5. Конструкция непрофилированного электрода щетки-кисточки для обработки пазов: 1 - державка; 2 -рабочая часть электрода-щетки; 3 - пучки металлической проволоки рабочей части электрода-щетки; 4 - кольцо из диэлектрических материалов; d - диаметр рабочей части
непрофилированного электрода в месте соединения с державкой; Н1 - длина рабочей части непрофилированного электрода; Н2 - высота диэлектрического кольца
С целью зачистки заусенцев необходимо, чтобы:
Н2<В - ь,
где В - минимальная глубина паза, мм; Ь -заусенцы с наибольшими геометрическими размерами (длиной), мм.
Размеры наружного диаметра кольца d2 не должны превышать ширину паза Н без учета толщины заусенцев:
d2<H - 2^
где Н - наименьшая ширина паза, мм;
t - максимальная толщина заусенца, мм.
Существование наружного
диэлектрического слоя 2 на кольце дает возможность перемещения между заусенцами. При этом внутренний диаметр кольца d1 изготавливается диаметром не менее рабочей части пучков проволоки по предельной плотности заполнения пучков.
По данным [3] показатель заполнения рабочей части щетки-кисточки проволочками (коэффициент набивки) П изменяется от 0,2 до 0,7.
В этом случае d1>П * d2.
Диаметр рабочей части электрода щетки-кисточки меняют, перемещая его вдоль оси и задавая вращение вокруг оси по сигналам измерителя от генератора постоянного тока. Комбинированное эрозионно-химико-
механическое удаление заусенцев
осуществляют в токопроводящей рабочей жидкости [3].
На рис. 6 изображено положение непрофилированного электрода щетки-кисточки на периферийной поверхности паза детали в процессе его зачистки.
Рис. 6. Положение элементов непрофилированного электрода щетки-кисточки в зоне обработки: 1 - острые
кромки; 2 - заусенец; 3 - диэлектрическая втулка; 4 -донная часть паза; 5 - подача жидкой рабочей среды; 6 -электрод щетка-кисточка; 7 - перемещение непрофилированного инструмента вдоль оси; 8 -вращение непрофилированного инструмента; d - диаметр рабочей части непрофилированного электрода в месте соединения с державкой
После установления диэлектрического кольца электрод щетку-кисточку подают до касания в донную часть обрабатываемого паза. Выступающие заусенцы таким образом сминаются и придвигаются к его боковым плоскостям. Рабочая часть электрода щетки-кисточки, сжимая эластичную часть кольца, продвигается между заусенцами в паз.
От привода непрофилированному электроду щетке-кисточке сообщают движение вокруг оси. В зону обработки под давлением подают жидкую рабочую среду. Накладывают электрическое поле. Диэлектрическое кольцо фиксируют в донной части паза. Величину и форму тока постоянно измеряют. После начала эрозионно-химического удаления заусенцев его поддерживают подачей инструмента до полного удаления заусенца и прекращения искрового процесса обработки, осуществляя контроль по величине тока. Затем в электроискровом режиме электрод щетку-
кисточку перемещают по длине паза до полной зачистки заусенцев.
Результаты эксперимента
Для обработки паза после фрезерования необходимо удалить заусенцы. Ширина пазов 1,2±0,1 мм, глубина 2,2+0,2 мм в изделии из материала 9ХС [4]. Наибольшие геометрические размеры удаляемых заусенцев: высота - 0,2 мм, толщина - 0,05 мм. Непрофилированный электрод-инструмент щетка-кисточка изготовлен со следующими характеристиками: длина рабочей части - 5 мм, диаметр ё=1,3 мм, диаметр рабочей части при плотности набивки в пучке 0,45-0,5 составляет 0,6 мм. Материал изготовления рабочей части электрода-щетки - медь М1, диаметр проволочек рабочей части пучка - 0,08 мм. Размеры диэлектрического кольца: Н2=1,5 мм, ^=0,6 мм, d2=1,0 мм.
Рабочую часть электрода щетки-кисточки помещаем в диэлектрическое кольцо и вставляем в обрабатываемый паз. Затем перемещаем электрод-инструмент до упора в донную часть паза. Задаем режимы комбинированной обработки по [3]: напряжение - 8 В, в качестве рабочей среды используем Укринол с подачей рабочей среды под давлением - 0,12 МПа. Частота вращения непрофилированного электрода щетки-кисточки - 1 Гц. Перемещение электрода щетки-кисточки вдоль обрабатываемого паза для удаления заусенцев производим со скоростью - 10 м/мин.
В результате обработки заусенцы полностью удалены, дефектов и повреждений на боковой и донной поверхностях паза не обнаружено. Радиус скругления острой кромки на периферийной поверхности паза находится в пределах заданного допуска [4].
Выводы
Предложенная конструкция непрофилиро-ванного электрода щетки-кисточки для комбинированной обработки представляет интерес для удаления заусенцев и формирования острых кромок требуемого профиля на поверхности пазов со сложной геометрической формой в изделиях ракетно-космической техники и расширяет возможности обработки в машиностроении наукоемких изделий, в том числе
изготовленных из биметаллов и новых материалов с анизотропными свойствами [5].
Литература
1. Кириллов О.Н., Гончаров Е.В., Котуков В.И. Повышение качества поверхностного слоя деталей гидроабразивной обработкой с локальным анодным растворением // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2013. Т.9. № 6.1. С. 64-66.
2. Кириллов О.Н., Гончаров Е.В., Котуков В.И. Комбинированное гидроабразивное с локальным электрохимическим растворением удаление заусенцев // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2014. Т.10. №1. С. 24-26.
3. Кириллов О.Н. Технология комбинированной обработки непрофилированным электродом: монография. Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2010. 254 с.
4. Пат. № 2724215 С1 Российская Федерация. Электрод-щетка и способ ее применения для удаления заусенцев в пазах деталей/ Кириллов О.Н., Смоленцев В.П., Котуков Е.В., Смоленцева Я.С. 2020. Бюл. №18
5. Оборудование и средства технологического оснащения для прессования и комбинированной обработки изделий из порошковых материалов / С.С. Юхневич, О.Н. Кириллов, В.П. Смоленцев, Е.В. Котуков // Инновационные технологии в транспортном и химическом машиностроении: материалы XII Междунар. науч.-техн. конф. Тамбов: ТГТУ, 2020. С. 75-80.
Поступила 01.08.2022; принята к публикации 17.10.2022 Информация об авторах
Кириллов Олег Николаевич - д-р техн. наук, профессор, Воронежский государственный технический университет (394006 г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84), тел. 89081472413, e-mail: kiriUov.oUi@yandex.ra
Cмоленцев Владислав Павлович - д-р техн. наук, профессор, Воронежский государственный технический университет (394006 г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84), тел. 89036559970, e-mail: vsmolen@inbox.ru
Сухочев Геннадий Алексеевич - д-р техн. наук, профессор, Воронежский государственный технический университет (394006 г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84), тел. 89081417180, e-mail: suhotchev@mail.ru
Юхневич Сергей Степанович - канд. техн. наук, доцент, Воронежский государственный технический университет (394006 г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84), тел. 89038513731, e-mail: sergee1975@yandex.ru
Котуков Евгений Васильевич - аспирант, Воронежский государственный технический университет (394006 г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84), тел. 89100403607, e-mail: evgeniy_kotukov@icloud.com
UNPROFILED TOOL ELECTRODE FOR COMBINED REMOVAL OF BURR IN POINTS OF JOINING MATCHING COMB SURFACES
O.N. Kirillov, V.P. Smolentsev, G.A. Sukhochev, S.S. Yukhnevich, E.V. Kotukov Voronezh State Technical University, Voronezh, Russia
Abstract: the article considers the possibilities of combined processing of burrs in grooves with a complex geometric shape with a non-profiled brush electrode. We proposed the design of the brush electrode for removing burrs. The brush-brush consists of a holder and a working part made of metal wire. The working part is placed in a dielectric ring made of a plastic material located on the outer surface of the ring, and a solid one located on its outer surface. The dielectric ring has a hole in the form of a cone. The hole with its smaller diameter is located on the side of the metal wire working part. In this case, the ring has a height not exceeding the depth of the machined groove of the part, without taking into account the maximum geometric dimensions of the burr to be removed. The dielectric ring has two inner diameters, the larger one is determined by the minimum width of the groove without taking into account the double thickness of the processed burr, and the smaller one is made not less than the diameter of the working wire part at the maximum recommended for this type of processing, the packing density of the wire in the bundle. The working part of the brush-brush electrode is selected with a length that is not less than the depth of the groove being cleaned, and a diameter at the junction of the working part and the holder of the brush-brush equal to the largest width of the processed groove in the product. We considered a method for removing burrs with a non-profiled electrode with a brush-brush in the grooves of the cooling fins of liquid-propellant rocket engines. Here we give the practical results of the experiment on the removal of burrs in the grooves obtained by milling
Key words: burrs, combined treatment, electrode, brush-brush, working medium, rocket engine
References
1. Kirillov O.N., Goncharov E.V., Kotukov V.I. "Improving the quality of the surface layer of parts by waterjet treatment with local anodic dissolution", Bulletin of Voronezh State Technical University (Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta), 2013, vol. 9, no. 6.1, pp. 64-66.
2. Kirillov O.N., Goncharov E.V., Kotukov V.I. "Combined hydroabrasive with local electro-chemical dissolution removal of burrs", Bulletin of Voronezh State Technical University (Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta), 2014, vol.10, no. 1, pp. 24-26.
3. Kirillov O.N. "Technology of combined treatment with an unprofiled electrode" ("Tekhnologiya kombinirovannoy obrabotki neprofilirovannym elektrodom"), monograph, Voronezh State Technical University, 2010, 254 p.
4. Kirillov O.N., Smolentsev V.P., Kotukov E.V., Smolentseva Ya.S "Electrode brush and the method of its application for removing burrs in the grooves of parts" ("Elektrod-shchetka i sposob ee primeneniya dlya udaleniya zausentsev v pazakh detaley"), patent no. 2724215 C1 Russian Federation, 2020, bull. no. 18
5. Yukhnevich S.S., Kirillov O.N., Smolentsev V.P., Kotukov E.V. "Equipment and means of technological equipment for pressing and combined processing of products made of powder materials", Proc. of XII International Scientific and Technical Conf.: Innovative Technologies in Transport and Chemical Engineering (Innovatsionnye tekhnologii v transportnom i khimicheskom mashinostroyenii), October 6-9, 2020, Tambov, TSTU, 2020, pp. 75-80.
Submitted 01.08.2022; revised 17.10.2022
Information about the authors
Oleg N. Kirillov, Dr. Sci. (Technical), Professor, Voronezh State Technical University (84 20-letiya Oktyabrya str., Voronezh 394006, Russia), tel.: +79081472413, e-mail: kirillov.olli@yandex.ru
Vladislav P. Smolentsev, Dr. Sci. (Technical), Professor, Voronezh State Technical University (84 20-letiya Oktyabrya str., Voronezh 394006, Russia), tel.: +79036559970, e-mail: vsmolen@inbox.ru
Gennadiy A. Sukhochev, Dr. Sci. (Technical), Professor, Voronezh State Technical University (84 20-letiya Oktyabrya str., Voronezh 394006, Russia), tel.: +79081417180, e-mail: suhotchev@mail.ru
Sergey S. Yukhnevich, Cand. Sci. (Technical), Associate Professor, Voronezh State Technical University (84 20-letiya Oktyabrya str., Voronezh 394006, Russia), tel.: +79038513731, e-mail: sergee1975@yandex.ru
Evgeniy V. Kotukov, graduate student, Voronezh State Technical University 84 20-letiya Oktyabrya str., Voronezh 394006, Russia), tel.: +79100403607, e-mail: evgeniy_kotukov@icloud.com
