Особенности безабразивного полирования волноводных элементов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Секция «Метрология, стандартизация, сертификация»

УДК 621

П. А. Перфильев, Л. И. Оборина Научный руководитель - И. В. Трифанов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ОСОБЕННОСТИ БЕЗАБРАЗИВНОГО ПОЛИРОВАНИЯ ВОЛНОВОДНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Рассматриваются технологические вопросы безабразивного ультразвукового полирования рабочих поверхностей волноводных элементов.

Метод безабразивного полирования имеет существенные преимущества перед абразивным методом полирования: удовлетворяет современным требованиям по обеспечению заданных эксплуатационных свойств изделий, например, повышает износостойкость в связи с упрочнением поверхностного слоя полируемых деталей, придает шероховатости полируемой поверхности регулярный профиль, повышает коррозийную стойкость и отражательную способность поверхности. В настоящие время разработано несколько способов безабразивного полирования [1] поверхностей деталей из конструкционных сталей, основанных на использовании ультразвуковых колебаний (УЗК).

При безабразивном полировании на основе УЗК поверхностный слой приводится в пластическое состояние с последующим разглаживанием микронеровности инструментом, совершающим ультро-звуковые колебания, возбуждаемые колебательной системой. В схеме безабразивного полирования обязательной является радиальная составляющая амплитуды УЗК Ау, определяющая глубину пластического деформирования и состояние поверхностного слоя, а так же тангенциальная составляющая Ах, осуществляющая разглаживание поверхностного слоя с целью заполнения впадин микропрофиля шероховатости за счет ее выступов.

Технологической задачей безабразивного полирования волноводных элементов на основе УЗК является достижение параметров шероховатости рабочего скин-слоя Яа = 0,03...0,1 мкм. Для этого была разработана установка, обеспечивающая наложение УЗК на инструмент-дорн с частотой f = 20кГц. Достижение показателей по шероховатости, в основном, зависит от величин составляющих амплитуд УЗК Ау и Ах, а так же от режимов полирования: многостороннего обжатия трубы волновода Р1 и скорости протягивания инструмента-дорна Уи. Амплитуды УЗК Ау и Ах должны разглаживать неровности обрабатываемой поверхности т. е. создавать пластическую зону и формировать профиль шероховатости полученной поверхности.

Параметры шероховатости вдоль образующей полируемой поверхности при безабразивном полировании определяются величиной подачи инструмента -дорна, а так же диаметром отпечатка ^ и глубиной лунки, образованной рабочим инструментом на полируемой поверхности под действием амплитуды УЗК Ау. При воздействии УЗК на микронеровности из-за роста плотности дефектов кристаллической решетки

увеличивается придел текучести и уменьшается предел прочности в соответствии с выражением

8узк =§о -Кдт,

где 8о и 8оузк - предел прочности материала при испытаниях в обычных условиях и при воздействии УЗК; 8т - амплитуда ультразвуковых напряжений; К - коэффициент, зависящий от вида материала.

Глубину пластической деформации токопроводя-щего скин-слоя рабочей поверхностей трубчатой заготовки волновода может быть определена:

Н = з-

1,2 -10-6 р ^Д(2Я - Д)в

п8см у1Д(2Я -Д) + в

где Р1 - сила обжатая трубчатой заготовки; 8см - напряжения смятия неровностей поверхностного слоя заготовки; Д - величина обжатия трубы волновода роликовой; Я - радиус ролика роликовой фильерой; в - ширина роликовой фильеры.

Взаимодействие поверхностей трущихся тел при безабразивном полировании с применение УЗК имеет двойственную молекулярно-механическую природу. Молекулярное взаимодействие обусловлено взаимным притяжением двух твердых тел и их взаимных адгезий. Механическое взаимодействие связанно с внедрением микронеровностей сжатых поверхностей детали и инструмента-дорна.

Интенсивность молекулярного взаимодействия при ультразвуковом полировании можно оценить безразмерным критерием:

У = т / 8,,

где т - сопротивление на сдвиг молекулярной связи; 8^ - предел текучести обрабатываемого материала.

Критерием, оценивающим интенсивность механического воздействия на микронеровности поверхности волноводного элемента, является относительная глубина внедрения единичной неровности инструмента, г = к / g , где к - глубина внедрения; g - радиус

закругленной внедряющейся единичной неровности. Взаимодействие пульсирующих микронеровностей поверхности волноводного элемента и неровностей инструмента дорна сопровождается выделением тепла. Нагрев микронеровностей обрабатываемого материала приводит к уменьшению усилий необходимых для их смятия и сдвига [2]. Степень повышения температуры зависит от амплитуды и частоты колебаний,

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

а также от теплофизических свойств трущихся материалов. Следует отметить, что относительные колебания трущихся поверхностей, изменения глубины внедрения И, могут вызвать переход одного вида фрикционных связей в другие, например, пластическое оттеснение и передеформирование неровностей.

Интенсивность пластического деформирования микронеровностей обрабатываемой поверхности определяется величиной минимальных напряжений и в связи с этим амплитуды ультразвуковых напряжений должна выбираться с учетом природы материала, величины микронеровностей и технологических требований предъявляемых к волноводным элементам шероховатости обрабатываемой поверхности. Основные акустические параметры мощность и частоты колебания / играют существенную роль при безабразивном полировании поверхностей. Установлено, что величина акустической мощности характеризует эффекты,

связанные с выделением тепла на границе инструмент-дорн и полируемой поверхности волноводного элемента. Ультразвуковые деформации или напряжения в микронеровностях, а так же сопротивление сдвигу зависят от амплитуды и скорости колебания инструмента [2].

Библиографические ссылки

1. Никифоров А. Д. и др. Высокие технологии размерной обработки в машиностроении : учебник для вузов. М. : Высш. шк., 2007.

2. Трифанов И. В., Евтушенко В. В. Технологическое обеспечение качества при изготовлении линий передач энергии антенно-фидерных устройств ; КрасГАУ. Красноярск 2006. С. 106.

© Перфильев П. А., Оборина Л. И., Трифонов И. В., 2011

УДК 621.81.004

Н. С. Попов Научный руководитель - А. В. Сутягин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

РАЗВИТИЕ СХЕМ УСТРОЙСТВ, ИНТЕГРИРОВАННЫХ С ТОКАРНО-ВИНТОРЕЗНЫМИ СТАНКАМИ, ДЛЯ РОТАЦИОННОГО ТОЧЕНИЯ ВИНТОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Способ обработки наружных винтовых поверхностей деталей машин многолезвийным принудительно вращаемым инструментом имеет ряд преимуществ перед обработкой радиальными фасонными резцами, как по производительности процесса, так и по обеспечению качества обработанной поверхности [1]. Однако, данный способ не нашел широкого применения в металлообработке. Одной из причин является отсутствие соответствующего оборудования, способствующего его использованию в производстве не зависимо от серийности последнего.

Практическое использование способа ограничивается применением в условиях крупносерийного производства на выпускаемом для этих целей специальном станке модели Е3-10А обеспечивающим нарезание винтовой поверхности на деталях с наибольшей длинной 300 мм, модулем до 6 мм, с пределами подач суппорта на оборот изделия 0,047-0,159 мм [2]. В основе кинематики станка лежит дифференциальная структурная схема.

Кроме того известны конструкции устройств к то-карно-винторезным станкам [3; 4], позволяющие вести обработку винтовой поверхности на деталях многолезвийным инструментом. Однако конструкции данных устройств имеют ряд недостатков, из-за которых они не нашли промышленного применения.

Недостатком устройства [3] являются значительные материальные и трудовые затраты на его перенастройку, вызванные необходимостью изготовления нового ходового архимедова винта и червячной шестерни к нему с характеристикой обрабатываемой винтовой поверхности детали с последующим их монтажом и демонтажем при изменении параметров обрабатываемой винтовой поверхности.

Для устройства [4] также необходимо в разовом порядке изготавливать дополнительный ходовой ар-

химедов винт и червячное колесо. Максимальная допустимая продольная подача на данном устройстве составляет 0,4 мм/об [4].

Кроме того конструкции данных устройств не представляется возможным интегрировать с токарно-винторезными станками моделей 1М65, 1А660, 1А670, КЖ1Б137Ф2, т.е. они не носят универсальный характер.

Таким образом, для обеспечения широкого внедрения в производство технологии ротационного точения наружной винтовой поверхности деталей машин многолезвийным инструментом, необходимо на ряду с созданием сугубо специальных станков осуществлять разработку универсальных устройств для ротационного точения, интегрированных с токарно-винторезными станками [5].

Проведенный анализ конструкций известных устройств, интегрированных с токарно-винторезными станками, позволяет сформулировать следующие основные требования к ним, выполнение которых обеспечит их универсальность и снижение затрат на изготовление:

- конструкция устройства должна исключать необходимость установки дополнительного ходового винта;