CC BY
17
Секция
«ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И МЕХАТРОННЫЕ СИСТЕМЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ»
УДК 621.923
РАБОТА ЕДИНИЧНОГО ЗЕРНА ПРИ АБРАЗИВНО-ЭКСТРУЗИОННОЙ
ОБРАБОТКЕ МАТЕРИАЛА
Е. К. Васильева, Н. К. Новосельский, 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: d9d9_nelegal@mail.ru
Рассматривается работа единичного зерна при абразивно-экструзионной обработке и представлена диаграмма зависимости глубины царапины от силы резания при различных углах заточки индентора.
Ключевые слова: угол индентора, абразивно-экструзионная обработка, абразивное зерно.
WORK OF THE SINGLE GRAIN AT THE ABRASIVE-EXTRUSIONAL
PROCESSING OF MATERIAL
E. K. Vasilieva, N. K. Novoselsky, A. S. Sysoev
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: d9d9_nelegal@mail.ru
This article discusses the work of a single grain in abrasive-extrusion processing and presents a diagram of the dependence of scratch depth on cutting force at various sharpening angles of the indenter.
Keywords: indenter angle, abrasive extrusion processing, abrasive grain.
С совершенствованием аэрокосмических технологий, создается необходимость достижения высокой точности и качества поверхностей для увеличения времени использования и КПД двигателей летательных аппаратов (ДЛА), газотурбинных двигателей (ГТД), двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и т.д. Так для достижения данной цели, в качестве финишной обработки предложено использовать абразивно-экструзионную обработку (АЭО). По сравнению с другими методами, этот вид обработки является наиболее эффективным для обработки сложнопрофильных и труднодоступных для обычных инструментов внутренних поверхностей [1].
Для моделирования процесса обработки нами рассмотрен вопрос о взаимодействии единичного абразивного зерна в зоне контакта с обрабатываемой поверхностью, показанный на рис. 1. Чтобы понять физическую картину процессов, которые проходят при обработке материала течением с абразивными частицами, необходимо первоначально рассмотреть износ, вызываемый одиночной частицей. Так в зависимости от интенсивности и характера протекания процесса зависят механические, физико-механические свойства контактирующих между собой тел и режимов обработки [3].
Секция «Технологические и мехатроииые системы в производстве ракетно-космической техники»
Перемещение абразивного зерна, вызванное тангенциананльной силой Pz, у стенки осуществляется потоком жидкости. Сила Pz, определяется перепадом давления ДР1 , на входе в канал и выходе из него [4]:
Рг =ДР1 *2р.
Сила Ру, прижимающая зерно к поверхности, обусловлена напряженно-деформированным состоянием рабочей среды и равна:
Ру =Р* Sk,
где 8к - площадь контакта абразивного зерна с поверхности, м2; р - давление среды в сечении канала, МПа на элементарной длине зерна.
Стружкообразование образуется путем работы абразивного зерна, имеющего сферическую форму. При рассмотрении рис. 1 видно, что происходит обработка поверхности микрорезцими зерна, которые могут иметь как отрицательный передний угол, который при больших значениях резания образуют деформация пропахивания, так и положительный передний угол, приводящий к деформации резания. При изучении эрозии, возникающей от единичного зерна, следует принимать во внимание возможность появления термически локализованной деформации как результата локального нагрева.
При абразивно-экструзионной обработке поверхности с произвольно направленной шероховатостью вначале происходит процесс оттеснения металла, а затем он срезается активным абразивным зерном [5]. Таким образом, и происходит образование царапины, который представленный на рис. 2.
Рис. 1. Контакт единичного абразивного зерна с поверхностью
Рис. 2. Царапина, образующаяся при контакте абразивного зерна с поверхностью детали
Глубина царапины, полученная от активного абразивного зерна, изменяется по длине канала Ьх с максимально возможной глубины Ьтах до нуля вследствие изменения сил резания-оттеснения, а значит коэффициент закрепления зерна К3 тах до 1.
В процессе проведения исследований в научной лаборатории АО «Красмаш» по изучения метода АЭО. Для этого были изготовлены опытные образцы из стали 12Х18Н10Т и собрана экспериментальная установка, где в данных образцах просверлили по три базовых отверстия глубиной 2 мм. Целью данного исследования заключалось в определение влияния режимов обработки на шероховатость поверхности [2] было определено, что при максимальных значениях показателей (глубине царапины детали от силы резания) заданный съём материала с дефектной поверхности исследуемого образца глубиной 18 мкм удается при угле 60°. По результатам измерений, были построены графики (рис. 3) зависимости глубины царапины от силы резания при различных углах резания [2]. В данном случае была выявленная прямая
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2020. Том 1
линейная зависимость, в которой с увеличение силы резания (пластического оттеснения) глубина царапин аналогично увеличивается:
= а^ц+Ьх ,
Ьц -глубина резания; а1 и Ь = - экспериментально установленные коэффициенты [3].
0,9 04 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 О
О 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Ьц. нки
Рис. 3. Зависимость глубины царапины Ьц от силы резания Ру2 при углах резания 120° - кривые 1,2,3;
90° - кривые 4,5,6; 60° - кривые 7,8,9 и материалов: сталь ХН70Ю - кривые 3,6,9; сталь Х18Н10Т -
кривые 2,5,8; сталь 45 - кривые 1,4,7
Вследствие недостаточности силы резания и независимо от угла наблюдается незначительное углубление царапин, но с увеличением угла заточки индентора происходит изменение силы резания единичным абразивом.
Моделирование абразивно-экструзионной обработки на основе единичного абразивного зерна позволяет провести моделирование всей поверхности, что дает возможность вносить необходимые изменения в процессе обработки, не прибегая к испытаниям.
Библиографические ссылки
1. Васильева Е. К., Новосельский Н. К., Сысоев А. С. Обеспечение точности при абразивно-экструзионной обработке // Решетневские чтения : материалы XXIII Между нар. науч. конф. (11-15 ноября 2019, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2019. С. 469-471.
2. С. К. Сысоев, А. С. Сысоев, Экструзионное хонингование деталей летательных аппаратов: теория, исследования, практика: моногр./С. К. Сысоев, А. С. Сысоев; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. - Красноярск, 2005. С. 92-98.
3. А.Г. Суслов. Качество поверхностного слоя деталей машин. - М.: Машиностроение, Москва 2000. - С. 270 - 276.
4. В. А. Левко, Абразивно-экструзионная обработка: современный уровень и теоретические основы процесса: моногр. / В. А. Левко; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. -Красноярск, 2007 С. 168.
5. Сысоева Л. П., Зверинцева Л. В., Чечин А. В. Взаимодействие абразивного инструмента с обрабатываемой поверхностью при экструзионном холлинговании // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : сб. тез. докл. Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых специалистов / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2009. С 42-43.
© Васильева Е. К. Новосельский Н. К., Сысоев А. С., 2020.
