CC BY
10
Секция «Технологические и мехатроииые системы в производстве ракетно-космической техники»
УДК 621.9
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ АБРАЗИВНО-ЭКСТРУЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Л. П. Сысоева, А. Н. Чиров, И. И. Любецкий Научный руководитель - А. С. Сысоев
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31
E-mail: sysoeva.tms@mail.ru
Проанализировано современное состояние вопроса, рассмотрены варианты компоновки оборудования для АЭО, разработана кинематическая схема экспериментальной установки.
Ключевые слова: абразивно-экструзионная обработка, абразивное зерно, рабочая среда, алюминиевые сплавы, экспериментальная установка
DESIGN OF AN EXPERIMENTAL EQUIPMENT FOR ABRASIVE FLOW MACHINING OF ALUMINUM ALLOYS
L. P. Sysoeva, A. N. Chirov, I. I. Lubetskiy Scientific Supervisor - A. S. Sysoev
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: sysoeva.tms@mail.ru
The paper analyzes the current state of the issue, considers options for the layout of equipment for AFM and presents a kinematic scheme of the experimental equipment.
Keywords: Abrasive Flow Machining, abrasive grain, work medium, aluminum alloys, experimental equipment.
Анализ конструкций ЛА показал, что велика доля деталей, изготавливаемых из алюминиевых сплавов (крыльчатки и корпуса насосов ТНА, диски газовых турбин, корпуса и колеса насосов ТНА, корпуса камер сгорания и др.), имеющих сложнопрофильные поверхности подвод инструмента к которым затруднен [1; 2]. Между тем требования к качеству поверхностного слоя (величине шероховатости, ее направлению, форме микронеровностей) таких поверхностей высоки из-за прямого их влияния на надежность и долговечность работы аппаратов. Между тем известно, что шлифование алюминия инструментом с закрепленным абразивным зерном чаще всего невозможно следствие его быстрого засаливания и выхода из строя.
Для обработки таких поверхностей предложен метод абразивно-экструзионной обработки (АЭО) [3].
Инструментом для данного вида обработки является рабочая среда (PC) - полимерная основа, наполненная чаще всего абразивным материалом различной зернистости (шлифзерном, шлифпорошком, микрошлифпорошком) [4]. PC под давлением экструдируется вдоль обрабатываемой поверхности, при этом единичные абразивные зерна (A3) прижимаются к обрабатываемой поверхности под действием осевых и нормальных сил, и происходит срезание гребешков микронеровностей микровыступами A3.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2020. Том 1
Перепрессовывание РС осуществляется поршнями гидроцилиндров иод высоким давлением (до 12...14 МПа), создаваемым в системе. Это необходимо для обеспечения требуемых контактных напряжений между единичным АЗ и обрабатываемой поверхностью при обработке труднообрабатываемых материалов (жаропрочных сталей, титановых сплавов и т.д.) [5].
В качестве основных недостатков традиционных компоновок следует отнести сложную и разнесенная в пространстве конструкцию «бак с маслом - насосная станция - магистраль -установка» с характерными требованиями по технике безопасности и вынужденную работу с высоким давлением в гидросистеме; громоздкую конструкцию установки для обработки даже небольших по размеру деталей; сложность загрузки РС и установки детали в приспособление, а также возможность автоматизации процесса АЭО только на уровне смены направления движения поршней и давления масла в системе.
При разработке конструкции экспериментальной установки рассмотрим возможность замены гидроцилиндров приводами поступательного движения с электродвигателями с возможностью управления скоростью перемещения штоков, поменяв схему на горизонтальное положение для удобства компоновки и использования оборудования. Подобная возможность появляется при обработке «мягких» материалов, которые не требуют больших контактных напряжений, а эффективность резания (переход пластического деформирования в резание) существенно зависит от формы абразивного зерна [4].
Рабочая камера образована двумя соосными цилиндрами (левым и правым) между которыми в приспособлении, герметично стыкуемом с цилиндрами, устанавливается образец. Крутящий момент от двигателей передается на соосно установленные на валы шарико-винтовых передач (ШВП). Выбор этой передачи обусловлен высоким КПД при небольших габаритах, плавностью и бесшумностью хода вследствие минимальных сил трения, продолжительным сроком службы. При этом, так как позиционирования в системе не требуется, нет необходимости предусматривать тормоз, его функции будут выполнять естественные элементы конструкции.
Перепрессовывание РС вдоль обрабатываемой поверхности осуществляется поршнями, штоки которых закреплены на каретках ШВП.
Синхронизация двигателей осуществляется программно.
Спроектированная установка позволит экспериментально установить влияние различных технологических фактов на эффективность обработки.
Основными характеристиками установок для АЭО обычно являются объем рабочей камеры Кр.к. (он характеризует объем РС, участвующей в обработке), давление на входе в канал Рвх и на выходе их него Рвых (они характеризуют условия обработки - силы резания, действующие со стороны единичного АЗ на обрабатываемую поверхность), которые могут быть обеспечены системой.
Обеспечения точного позиционирования не требуется, т.к. длительность обработки измеряется в нашем случае количеством циклов, каждый из которых включает полное перемещение штоков в прямом и обратном направлении. Появляется возможность регулирования скорости движения штоков, а соответственно, и скоростью движения РС вдоль обрабатываемой поверхности, которая будет оказывать влияние на значения давления РС на входе и выходе из зоны обработки Рвх и Рвых, что позволит связать режим работы установки непосредственно с процессом резания.
На скорость движения РС будут оказывать существенное влияние ряд факторов:
- мощность электродвигателя, Вт;
- крутящий момент электродвигателя, Н м;
- геометрические характеристики обрабатываемой поверхности (соотношение «диаметр -длина канала»;
Секция «Технологические и мехатронные системы в производстве ракетно-космической техники»
- состав РС (вид основы, концентрация основы К0; вид абразива, зернистость абразива Ва, концентрация абразива Ка; вид модификатора, концентрация модификатора Км; вид пластификатора, концентрация пластификатора К„);
- изменение температуры в зоне обработки, f С.
Последний параметр является наиболее сложным, т.к. в процессе обработки из-за трения-микрорезания в трибологической системе «РС - АЗ - обрабатываемая поверхность» происходит накопление тепла в замкнутой системе «рабочая камера - Преимуществами разработанной схемы являются: относительная простота и компактность конструкции (исследования будем проводить на небольших образцах, соответственно, и размер рабочей камеры тоже небольшой), простота, удобство и безопасность использования, возможность установки ее в любом помещении, возможность автоматизации управления, возможность расширения спектра исследований.
Библиографические ссылки
1. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей: Учебник для студентов вузов по специальности Авиационные двигатели и энергетические установки» / Г. Г. Гахун, В. И. Баулин, В. А. Володин и др.; Под общ.ред. Г. Г. Гахуна. М.: Машиностроение, 1989. 424 с.
2. Исследование, разработка и внедрение технологии и оборудования для экструзионного шлифования и полирования сложных каналов в крупногабаритных деталях от 200 до 600 мм (детали типа направляющий аппарат, крыльчатка и др.): отчет о НИР: 0-629-84 / рук. С. К. Сысоев; испол.: В. А. Левко, М. А. Лубнин, Д. Б. Скороделов и др.; Завод-ВТУЗ. шКрасноярск, 1986. 392 с. Рег. № 01850028567.
3. Сысоева Л. П. Абразивно-экструзионная обработка алюминиевых сплавов // Вестник ЮУрГУ Серия «Машиностроение». 2015. Т.15, №2. С. 40-50.
4. Рабочая среда как инструмент для абразивно-экструзионной обработки / Л. П. Сысоева, С. К. Сысоев, В. А. Левко, А. С. Сысоев // Машиностроение - основа технологического развития России ТМ-2013: сб.науч.ст. V Междкнар. науч.-техн. конф. / редкол.: Е. И. Яцун [и др.]; Юго-Зап. гос. ун-т. Курск, 2013. С. 345-349.
5. А. С. БИ 1641591 А1, МКИВ 24 В 31/116.Способ обработки деталей абразивной массой / С. К. Сысоев, М. А. Лубнин, В. Ф. Калинин. - [б.н.] ; заявл. 13.01.88; опубл. 15.04.1991 Бюл. № 14.
6. Снетков П. А. Совершенствование технологии абразивно-экструзионной обработки каналов в деталях летательных аппаратов: Диссертация на соискание ученой степени кадидата технических наук: 05.02.08 ; СибГАУ. Красноярск, 2003. 181 с.
7. Сысоев С. К., Сысоев А. С. Экструзионное хонингование деталей летательных аппаратов: теория, исследования, практика: моногр. ; Сиб.гос.аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2005. 220 с.
8. Левко В. А. Абразивно-экструзионная обработка: современный уровень и теоретические основы процесса: моногр.; Сиб.гос.аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2007. 228 с.
© Сысоева Л. П., Чиров А. Н., Любецкий И. И., 2020
