Обработка абразивным потоком микроотверстий и микрощелей после электроэрозионной обработки Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.923.01

ОБРАБОТКА АБРАЗИВНЫМ ПОТОКОМ МИКРООТВЕРСТИЙ И МИКРОЩЕЛЕЙ ПОСЛЕ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ

Д. И. Савин, В. В. Макеев Научный руководитель - В. А. Левко

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: savin_diman@mail.ru

В производстве ракетно-космической техники все большее применение находит струйно-абразивная или абразивно-экструзионная обработка. Разработан целый ряд способов, расширяющих технологические возможности этого метода финишной обработки. В настоящее время развиваются комбинированные методы обработки абразивным потоком. Приведен обзор этих комбинированных методов обработки.

Ключевые слова: обработка абразивным потоком, электроэрозионная обработка, микроотверстия, сопла.

ABRASIVE FLOW MACHINING OF MICRO HOLES AND MICRO SLOTS AFTER ELECTRICAL DISCHARGE MACHINING

D. I. Savin, V. V. Makeev Scentific Supervisor - V. A. Levko

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: savin_diman@mail.ru

In the production of rocket and space technology is increasingly used abrasive flow machining. It developed variety of ways that enhance the technological capabilities of this method of finishing. Currently, are developing combined methods for abrasive flow machining. A review of these combined methods of machining.

Keywords: abrasive flow machining, electrical discharge machining, micro hole, nozzle.

В производстве высокотехнологичной продукции одной из проблем является формообразование и финишная обработка микроотверстий и микро щелей, с размерами меньше 500 мкм. Такие каналы обычно являются основной частью жидкостных и биомедицинских фильтров, сеток, сопел струйных принтеров, форсунок системы впрыска топлива, оптических наконечников, отверстия высокого давления, стандартные дефекты микропипетки, пневматические датчики и манипуляторы, направляющие для проволоки и проволочной сварки, фильеры и сопла впрыска топлива, охлаждающие отверстия лопаток.

Отверстия и щели таких размеров получают, как правило, специальными методами микро электроэрозионной обработки (Micro electrical discharge machining (Micro EDM)) или лазерной микро обработкой (laser micro machining). Полученные таким образом отверстия обладают дефектным слоем, технологическая наследственность которого аналогична обработке обычных деталей.

Для эффективной работы описанных выше деталей, расход и скорость потока компонентов имеют очень большое значение. Даже очень небольшие изменения в допусках на размеры могут произвести к значительным изменениям в сопротивлении потоку [1]. Для финишной обработки таких отверстий применяют микро обработку абразивным потоком (micro abrasive flow machining (micro FAM)) [2]. В России метод abrasive flow machining (AFM) называют абразивно-экструзионной обработкой или экструзионным хонингованием [3].

Секция « Технологические и мехатронные системы в производстве ракетно-космической техники»

Разработанные научные основы абразивно-экструзионной обработки деталей относятся в больше степени к финишной обработке отверстий и щелей, обычных для машиностроения размеров [4]. Однако общий подход к расчету шероховатости поверхности после AFM [5], можно применить и для микроотверстий, так как и в этом случае реализуются все виды контактных взаимодействий, характерных для абразивно-экструзионной обработке [6].

Обзор методов финишной обработки микроотверстий

Общим в обработке микроотверстий является прокачка через них низкомолекулярных жидкостей, наполненных абразивными зернами и способных проявлять при течении нормальные деформации [7].

Группой авторов для обработки микро щелей была предложена самонастраивающаяся абразивная среда, состоящая из смеси полимера, воска, силиконового масла и зерен карбида кремния размером от 30 до 150 мкм. После обработки с поверхности микро щели были удалены следы от проволоки и микро заусенцы [8].

Рассмотрены результаты микро AFM микроотверстий, полученных электроэрозионной обработкой, в пластинах из нержавеющей стали (SUS 304) и титановом сплаве (Ti-6Al-4V) [9]. В ходе исследований удалось установить оптимальные параметры обработки. Вид сверху и поперечное сечение микроотверстий показано на рисунке.

Вид сверху Поперечное сечение отверстия

Фотографии микроотверстий со сканирующего электронного микроскопа [9]

Установлено, что микро AFM можно эффективно обрабатывать отверстия диаметром до 260 мкм в пластинах из нержавеющей стали и циркониевого сплава. При этом шероховатость поверхности Яа 0,6 мкм, а наибольшее отклонение от диаметра составило 0.16 мкм [10].

Предлагается электроэрозионной обработкой формировать отверстие сопла диаметром меньше, чем это предусмотрено конструкторской документацией, оставляя допуск на финишную обработку микроотверстия сопла [11]. При определенных настройках процесса возможно не только улучшение шероховатости поверхности микроотверстия или микро щели, но и коррекция макро отклонений от заданных размеров.

Обработка абразивным потоком является перспективной технологией финишной обработки микроотверстий и микро щелей. В промышленном производстве целого ряда стран ей уделяют большое внимание.

Используя основные принципы и физические явления этого процесса возможно создание отечественных аналогов данного метода.

Библиографические ссылки

1. Pat. 5054247 U.S. ISC B24B 57/02. Method of controlling flow resistance in fluid orifice manufacture / L. J. Rhoades, N. P. Nokovich, T. A. Kohut, F. E. Johnson. 19.07.1990; 08.10.1991.

2. Левко В. А. Абразивно-экструзионная обработка: современный уровень и теоретические основы процесса : монография ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2007. 228 с.

3. Левко В. А. Абразивно-экструзионная обработка. Современный уровень, проблемы и направления развития // Изв. Томск. политех. ун-та. 2006. Т. 309. № 6. С. 125-129.

4. Левко В. А. Научные основы абразивно-экструзионной обработки деталей : монография ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. 222 с.

5. Левко В. А. Расчет шероховатости поверхности при абразивно-экструзионной обработке на основе модели контактных взаимодействий // Изв. высш. учеб. заведений. Авиационная техника. 2009. № 1. С. 59-62.

6. Левко В. А. Контактные процессы при абразивно-экструзионной обработке // Металлообработка. 2008. № 3. С. 19-23.

7. Pat. 5807163 U.S. ISC B24B 31/116. Method and apparatus for controlling the diameter and geometry of an orifice with an abrasive slurry / W. B. Perry. 12.11.1996; 15.09.1998.

8. Self-modulating abrasive medium and its application to abrasive flow machining for finishing micro channel surfaces / Hsinn-Jyh Tzeng, Biing-Hwa Yan, Rong-Tzong Hsu, Yan-Cherng Lin // The Intern. J. of Advanced Manufacturing Technology. Vol. 32, Iss. 11-12, p. 1163-1169.

9. Effects of finishing in abrasive fluid machining on microholes fabricated by EDM / Yan-Cherng Lin, Han-Ming Chow, Biing-Hwa Yan, Hsinn-Jyh Tzeng // The Intern. J. of Advanced Manufacturing Technology. Vol. 33, Iss. 5-6, p. 489-497.

10. Abrasive Flow Polishing of Micro Bores / Ling Yin, Kuppuswamy Ramesh, Stephen Wan, Xiang Dong Liu, Han Huang, Yu Chan Liu // J. of Materials and Manufacturing Processes. Vol. 19, Iss. 2, 2004, p.187-207

11. Microscopic geometry changes of a direct-injection diesel injector nozzle due to abrasive flow machining and a numerical investigation of its effects on engine performance and emissions / Jung D., Wang W. L., Hu S. J. // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: J. of Power and Energy. 2008. Vol. 222, no. 2, p. 241-252.

© Савин Д. И., Макеев В. В., 2016