CC BY
93
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
Библиографические ссылки
1. Виноградов В. Н., Сорокин Г. М. Износостойкость сталей и сплавов : учеб. пособие. М. : Нефть и газ. 1994. 415 с.
2. Чулкин С. Г. Анализ современных представлений и подходов при оценке износостойкости и долговеч-
ности материалов в различных условиях внешнего трения // Трение, износ, смазка. 1999. Т. 1. №2. С. 47-51.
© Карабарин Д. А., 2012
УДК 621.9.048.4
С. Н. Карпенюк, Е. О. Пономарёва Научный руководитель - Н. А. Амельченко Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ОТРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ МАЛЫХ ДИАМЕТРОВ В ДЕТАЛЯХ ИЗ ТИТАНОВЫХ И ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ
Рассмотрена возможность формообразования глубоких отверстий малых диаметров в деталях из жаропрочных и титановых сплавов на станке типа «супердрель» с применением трубчатых медных электрод-инструментов.
В современном машиностроении, нефтяной и газовой промышленности, ракетостроении, при создании военной техники и в других областях применяются детали с отверстиями, глубина которых превышает более пяти диаметров. Такие отверстия считаются глубокими [1].
Формообразование глубоких отверстий является достаточно трудоемким процессом и связано с применением специального технологического оборудования и режущего инструмента. В качестве обрабатываемых материалов могут быть использованы стали с разным содержанием легирующих элементов, а также упрочненные материалы с твердостью 42-46НЯС, чугун, жаропрочные и титановые сплавы, чистый алюминий и другие материалы.
Кроме того, в машиностроении серьезные проблемы возникают при формообразовании отверстий малых диаметров (0,2^2,0 мм). Сверла из быстрорежущих сталей марки Р6М5 в процессе обработки имеют значительный износ режущей кромки. При обработке жаропрочных сталей и титановых сплавов их применение практически нецелесообразно.
В последнее время при обработке отверстий малого диаметра широко используются микросверла, изготовленные из твердых наноструктурных материалов состава карбид вольфрама ^С) и кобальт (Со) [2]. Преимуществом наноструктурных материалов является возможность формирования трехмерных контактов между частицами размером 30-40 нм из разных фаз ^С и Со) при очень высокой прочности. Однако массовое производство таких материалов только начинает развиваться и связано с большими затратами финансовых средств и сложностью технологий их получения.
На производстве при изготовлении газотурбинных двигателей (ГТД) широкое применение находят электрофизические методы обработки, в частности электроэрозионная (ЭЭО) и электроимпульсная. Это обусловлено несколькими причинами:
- обработка отверстий малых диаметров, часто расположенных под углом к оси детали, с применени-
ем мерного инструмента является не технологичной и практически невозможна;
- по своим физико-механическим свойствам современные конструкционные жаропрочные материалы приближаются к свойствам инструментальных материалов, при этом стойкость режущего инструмента, применяемого для обработки подобных деталей, достаточно низкая;
- возможность получения элементов поверхностей деталей, для которых традиционные методы обработки неприменимы.
Наиболее характерным примером разработанной технологии при обработке деталей ГТД из жаропрочных и титановых сплавов является применение струйной электроэрозионной обработки. Суть струйной ЭЭО заключается в обработке глубоких отверстий трубчатым электрод-инструментом (ЭИ), через который под высоким давлением прокачивается охлаждающий компонент. В качестве рабочего компонента используются диэлектрические жидкости на водной основе или на основе углеводородного сырья. Это позволяет получать наряду с высокой производительностью хорошее качество обработанной поверхности.
Для подтверждения теоретических аспектов эффективности применения процесса проведены исследования по отработке режимов ЭЭО на образцах из титановых и жаропрочных сплавов на специальном электроэрозионном станке с ЧПУ типа «супердрель».
На первом этапе методом подбора электрических параметров, влияющих на электроэрозионный процесс, в соответствии с рекомендациями [3], проведена оптимизация режимов ЭЭО с целью установления зависимости между производительностью обработки и износом полого вращающегося электрод-инструмента. Параллельно с этим для сравнительной оценки проводили обработку отверстий такого же диаметра с применением традиционного метода на электроэрозионном станке. В качестве инструмента использовали стержневой электрод из вольфрама. Состояние поверхности электродов оценивали визу-
Секция « Технология производства ракетно-космической техники»
ально, а величину износа контролировали микрометром (0,01 мм) по истечении определенного времени обработки отверстий в деталях из жаропрочных и титановых сплавов.
Кроме того, проводились металлографические исследования обработанной поверхности для определения граничных условий относительно качества микроструктуры. С целью исключения образования микротрещин в процессе обработки предельные значения упрочнённого слоя ограничивались в пределах не более 40 мкм [4].
По результатам серии экспериментов на обработанных образцах с помощью цифрового портативного прибора TIME Group Inc. модели TR-200 проводили замеры шероховатости с целью оценки влияния движения подачи инструмента на качество обработанной поверхности, по результатам которых установлена зависимость параметров шероховатости от скорости подачи ЭИ при обработке.
На основании проведенных исследований удалось установить, что при обработке отверстий малого диаметра (0,9 мм) более производительным процессом является применение вращающегося трубчатого электрод-инструмента с подачей охлаждающего компонента. Так при обработке отверстий диаметром 0,9 мм и глубиной 14 мм общая длительность процесса составила 0,64 мин. Время обработки на прошивочном станке с вольфрамовым ЭИ составило 25 мин.
Выявлено, что производительность процесса в значительной степени зависит от движения подачи инструмента, которая снижается по мере заглубления ЭИ в отверстие. Кроме того, в процессе взаимного массопереноса электродных материалов на рабочие поверхности электрод-инструмента неравномерно осаждаются частицы материала заготовки, вызывая
развитие вторичных структур с различной эрозионной стойкостью, которые способствуют неравномерному эрозионному разрушению электрода при электроэрозионной прошивке.
Выводы:
Таким образом, на основании проведенных исследований определены оптимальные режимы обработки отверстий малых диаметров с применением ЭЭО и вращающегося полого ЭИ. Установлено влияние производительности процесса на стойкость инструмента и параметры шероховатости обработанной поверхности.
Скорость эрозионного разрушения электрода-инструмента определяется структурной технологической наследственностью, следовательно, технология изготовления медного электрода, обеспечивающая минимальную плотность дефектов кристаллического строения, позволяет создавать инструменты с более высокой эрозионной стойкостью.
Библиографические ссылки
1. Кирсанов С. В., Гречишников В. А., Григорьев С. Н. и др. Обработка глубоких отверстий в машиностроении: справочник/ под общ. ред. С. В. Кирсанова. М. : Машиностроение, 2010.
2. Головин Ю. И. Введение в нанотехнику. М. : Машиностроение, 2007.
3. Max See industry co, LTD Drill EDM/CNC Drill EDM. Бурильная машина EDM с ЧПУ. Руководство по эксплуатации. URL: http//www.maxsee.com.
4. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки / под ред. В. А. Власова. М. : Машиностроение, 1988.
© Карпенюк С. Н., Пономарёва Е. О., 2012
УДК 629.7
В. В. Краев Научный руководитель - Г. Г. Крушенко Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
УМЕНЬШЕНИЕ ПРИПУСКОВ НА МЕХАНИЧЕСКУЮ ОБРАБОТКУ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ
Представлена программа расчета припусков на механическую обработку металлических изделий с учетом технологической наследственности.
При изготовлении металлических деталей обработкой резанием достаточно часто завышаются припуски на механическую обработку заготовок, в результате чего увеличивается не только расход материала, но и трудоемкость изготовления деталей, износ инструмента и т. п.
Назначение припусков на механическую обработку зависит от вида сплава (химического состава), из которого получена заготовка, а также способа ее получения (литье, ковка, прокатка и др.) термической обработки, структуры, что и определяет виды операций по обработке.
Факторы, влияющие на формирование операции, можно разделить на три группы. К первой группе относятся факторы, от которых зависит обеспечение
качества детали (деление технологического процесса на предварительную и окончательную обработку, смену технологических баз, выполнение обработки нескольких поверхностей с одной установки заготовки, выделение в самостоятельную операцию переходов, связанных с достижением особо высокой точности и т. п.). Вторую группу составляют факторы, определяющие физическую возможность объединения переходов в операцию (невозможность объединения в операцию процессов обработки, отличающихся своей физической сущностью, отсутствие свободного доступа к различным поверхностям при обработке заготовки). К третьей группе относятся организационно -экономические факторы (тип производства, вид и форма его организации).
