CC BY
33
УДК 621.923.9
СИЛЫ РЕЗАНИЯ ЕДИНИЧНЫМ АБРАЗИВНЫМ ЗЕРНОМ ПРИ РОТОРНО-АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКЕ
Е. А. Васильева, А. К. Васильев Научный руководитель - С. К. Сысоев
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: [email protected]
Рассмотрена возможность использования роторно-абразивной обработки для формирования направленной шероховатости внутренних поверхностей улиток насосов.
Ключевые слова: абразивная обработка, шероховатость, роторно-абразивная обработка, абразивное зерно, улитка, турбонасосный агрегат.
CUTTING FORCES SINGLE ABRASIVE GRAIN AT ROTOR AND ABRASIVE PROCESSING OF THE SNAIL OF TNA
E. A. Vasilyeva, A. K. Vasilyev Scientific supervisors - S. K. Sysoev
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: [email protected]
Possibility of use of rotor and abrasive processing for formation of the directed roughness of internal surfaces of snails ofpumps is considered.
Keywords: abrasive processing, roughness, rotor and abrasive processing, abrasive grain, snail, turbo-pump unit.
В турбонасосных агрегатах широко используют сложнопрофильные геометрические элементы, формирующие внутренние поверхности улиток. Эти поверхности, как правило, формируют высокоскоростной гидравлический поток и должны иметь шероховатость R < 0,8 мкм и направленность ее по потоку. Окончательное формирование шероховатости поверхности улиток после литья по выплавляемым моделям осуществляется виброобработкой в абразивной среде либо фрезерованием на станках с ЧПУ. После виброобработки шероховатость практически мало изменяется, а после чистового фрезерования - не менее Ra 6,3 мкм. Таким образом, существующими технологическими методами задачу обеспечения заданной шероховатости в улитках выполнить трудно.
Предложенный нами в предыдущих статьях [1] новый способ роторно-абразивной обработки заключается в том, что в рабочей камере с обрабатывающей абразивной средой вращается ротор относительно обрабатываемой поверхности по схеме, показанной на рисунке.
Особенностью роторной обработки является большая площадь контакта абразивных зерен, незначительная величина давления и малые скорости резания, при которых достигается высокая производительность и уменьшение гребешков шероховатости, оставшейся от предыдущей обработки.
Задача исследования процесса роторно-абразивной обработки в сущности сводится к определению уровня сил в зоне контакта с поверхностью обработки при различных условиях взаимодействия единичного абразивного зерна с поверхностью. В функциональном выражении зависимость изменения шероховатости поверхности от основных факторов можно записать виде
AR = f (HB, Ва, Ка, Кпав, V, b, У),
где НВ - поверхностная твердость обрабатываемого материала; Ва - величина абразивного зерна; Ка - количество абразива в рабочей смеси; Кпав - количество поверхностно-активного вещества в сме-
Секция «Технологические и мехатронные системы в производстве ракетно-космической техники»
си; V - объем смеси, участвующего в контакте с поверхностью; Ь - ширина обрабатываемого канала, У - упругие свойства элемента ротора.
Процесс роторно-абразивной обработки сопровождается массовым микрорезанием со снятием тончайших стружек и трением с пластическим оттеснением обрабатываемого металла. В процессе микрорезания происходит снятие припуска металла, необходимое для устранения дефектных слоев, сформированное на предыдущей операции. При пластическом деформировании происходят сглаживание неровностей поверхности и заглаживание с заполнением впадин пластически оттесненным металлом [2].
Схема сил, действующих на свободное единичное абразивное зерно при вращении инструмента
При вращении инструмента в абразивной среде единичное абразивное зерно массой т воздействует на обрабатываемую поверхность:
« - Т- т ■ V2
- центробежной силой, определяемой из отношения р =-, где V - скорость вращения ро-
К
тора по периферии инструмента, м/мс; К - наружный радиус инструмента; т - масса абразивного зерна, г;
- кориолисовой силой, рассчитываемой по формуле р = 2 ■ т ■ V ■ К;
- от упругих сил рабочего элемента ру.
Результирующую силу на элементарное абразивное зерно можно найти по формуле
Рр Рц2 + Ре' + Р2 . (1)
Учитывая, что масса единичного абразивного зерна составляет ~ 0.01...0,03 г, первые два составляющие формулы (1) будут малоэффективны, поэтому основной силой резания, действующей на обрабатываемую поверхность будет сила Рр = Ру.
Нами выполнен первый этап исследований по определению влияния состава абразивной смеси на изменение шероховатости образцов, выполненных из сплава 12Х18Н10Т. Первые опыты показали, что гребешки шероховатости на обработанной поверхности образца за 5 минут уменьшились с исходной шероховатости Яа 4,2 мкм до Яа 2,8 мкм.
Это подтверждает, что результирующая сила воздействия абразивных зерен при массовом контакте с обрабатываемой поверхностью аналогична силам резания при хонинговании [3].
Эксперименты по роторно-абразивной обработке труднообрабатываемых материалов будут продолжены с целью определения влияния основных факторов, от которых зависит производительность обработки и качество поверхностного слоя улиток ТНА.
Библиографические ссылки
1. Васильева Е. А., Жуковская И. В., Чумакова А. В., Сысоев С. К. Совершенствование технологии уменьшения шероховатости внутренней поверхности улиток насосов // Решетневские чтения : материалы XVII Междунар. науч. конф. / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2013. Ч. 1. С.406-407.
2. Греков В. И. Роторная доводка. М. : Машиностроение, 1981. 80 с.
3. ^ютев С. К., Сысоев А. С. Экструзионное хонингование деталей летательных аппаратов: теория, исследования, практика : монография ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2005. 220 с.
© Васильева Е. А., Васильев А. К., 2015
