CC BY
42
Секция «Технологияпроизводства ракетно-космической техники»
УДК 621.923.9
Л. П. Сысоева, Д. В. Чеботарев, А. С. Сысоев Научный руководитель - С. К. Сысоев Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА АБРАЗИВНО-ЭКСТРУЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ
Сформулированы основные направления совершенствования технологии абразивно-экструзионной обработки.
В современном машиностроении резко возросла доля деталей, имеющих сложнопрофильные поверхности. Повышенные требования к надежности летательных аппаратов, детали которых работают в условиях высоких температур и агрессивных сред, приводят к необходимости повышения качества их обработки. Большую часть заготовок сложных и высоконагруженных деталей из химически стойких жароупорных и жаропрочных сплавов изготавливают литьем по выплавляемым моделям и электроэрозионной обработкой. Качество поверхности таких заготовок характеризуется повышенной шероховатостью Яа = 20...40 мкм, большой глубиной термически измененного слоя, наличием трещин, пор и газов в поверхностном слое и высокими остаточными напряжениями. Конструкция же деталей затрудняет подвод режущего инструмента к внутренним обрабатываемым поверхностям, вызывая необходимость использования нестандартных методов обработки.
Одним из наиболее эффективных методов обработки труднодоступных и сложнопрофильных поверхностей деталей, удовлетворяющим требованиям по точности, качеству поверхности и производительности обработки, в настоящее время является метод абразивно-экструзионной обработки (АЭО).
Технология АЭО имеет ряд особенностей, значительно отличающих ее от традиционных методов финишной обработки. Суть метода заключается в экструзии вдоль обрабатываемых поверхностей вяз-коупругих рабочих сред, наполненных абразивными зернами.
В отличие от резания закрепленным абразивом процесс экструзионного хонигования обладает некоторыми особенностями: в контакте с обрабатываемой поверхностью находится часть сжатой под давлением абразивной смеси, равная площади обрабатываемого канала; геометрическая форма инструмента и параметры резания изменяются в процессе движения абразивного «жгута» вдоль обрабатываемой поверхности вследствие возможного изменения сечения канала и давления среды; активные зерна находятся в длительном контакте с обрабатываемой поверхностью и т. д. [3].
Проведенные экспериментальные исследования различных областей АЭО и разработанные [1] теоретические основы процесса, определившие реальную картину течения вязко-упругой рабочей среды
(РС), позволяют наметить основные направления совершенствования технологического процесса АЭО деталей путем увеличения производительности, уменьшения трудоемкости обработки и достижения равномерности обработки по длине обрабатываемой поверхности.
Снижение трудоемкости технологического процесса АЭО возможно за счет изменения конструктивных особенностей устройств, создающих течение среды, путем увеличения объема рабочей камеры, позволяющего уменьшить количество циклов обработки и вспомогательное время на перепрессо-вывание РС.
Стабилизация теплового баланса системы путем охлаждения, например теплообменником, системы управления (масла в цилиндрах) и РС за счет увеличения объема рабочих камер позволит повысить эффективность РС, так как было экспериментально установлено, что при АЭО 56 % выделяемой при трении, пластическом деформировании и резании активными абразивными зернами теплоты уходит на нагрев РС, а при нагреве РС свыше 40 °С прекращается резание-оттеснение металла микро- и субмик-ровыступами абразивного зерна и процесс его взаимодействия с обрабатываемой поверхностью переходит в трение, что сказывается на эффективности обработки [2].
Но уменьшение степени закрепления абразивного зерна при повышении температуры РС можно использовать для уменьшения трудоемкости процесса АЭО. Такой способ заключается в использовании одной порции одного состава РС (с учетом необходимой массы РС для заполнения каждой детали) на разных этапах обработки путем изменения ее температуры [3].
Экструзионное хонингование по такой технологии позволяет на первом этапе уменьшить шероховатость поверхности в каналах с исходной до Яа 0,8.1,1 мкм, а на втором этапе за счет уменьшения степени закрепления абразивных зерен -Яа 0,2.0,32 мкм.
Предложенные изменения дадут сокращение трудоемкости технологической подготовки и обработки деталей ЛА в 7.8 раз.
При обработке непрямолинейных каналов, каналов переменного поперечного сечения и имеющих конструктивные элементы, вызывающие местные сопротивления, происходит изменение характера
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
течения РС и неравномерность обработки поверхности по длине канала. Изменение характера течения среды меняет условия контактирования абразивных зерен с обрабатываемой поверхностью. Резкое изменение формы или размеров сечения вызывает появление значительных деформаций в среде и, следовательно, изменение условий обработки. Применение специальных составов РС, приспособлений и систем типа направляющих, выравнивающих устройств, формирующих требуемый профиль потока РС, отводных каналов, устройств, создающих регулируемое противодавление и накладывающих вибрации на поток РС в направлении его продавли-вания, позволяет регулировать динамические и технологические характеристики потока РС в зависимости от формы и размера сечения обрабатываемого канала [1].
Одним из основных направлений повышения качества и производительности АЭО деталей из труднообрабатываемых материалов является разработка новых высокопроизводительных составов РС, обеспечивающих максимальную производительность для конкретных условий обработки: геометрических характеристик обрабатываемых поверхностей, состояния и качества их поверхностного слоя, требуе-
мых показателей точности и шероховатости, путем определения оптимального состава компонентов и их процентного соотношения. В данном направлении необходимо рассмотреть использование полидисперсных РС [1], различных пластификаторов, модификаторов, ПАВ, СОЖ, химически активных веществ и т. д.
Библиографические ссылки
1. Левко В. А. Абразивно-экструзионная обработка: современный уровень и теоретические основы процесса : моногр. ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2007.
2. Снетков П. А. Совершенствование технологии абразивно-экструзионной обработки каналов в деталях летательных аппаратов : дисс. ... канд. техн. наук ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2003.
3. Сысоев С. К., Сысоев А. С. Экструзионное хо-нингование деталей летательных аппаратов: теория, исследования, практика : моногр. ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2005.
© Сысоева Л. П., Чеботарев Д. В., Сысоев А. С., Сысоев С. К., 2010
УДК 621.924.079
Д. М. Турилов, И. А. Ларкина Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА АБРАЗИВНО-ЭКСТРУЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ
ДЕТАЛИ ТИПА ДИСК РОТОРА
При обработке деталей со сложнопрофильными элементами (типа диск ротора) перспективным является метод абразивно-экструзионной обработки, заключающийся в продавливании рабочей среды, наполненной абразивными зернами, через обрабатываемый канал. Моделирование данного процесса, с учетом известных рекомендаций по выбору режимов обработки, позволит получать данные необходимые для его расчета.
Детали аэрокосмической техники зачастую состоят из сложнопрофильных криволинейных поверхностей, к которым предъявляются повышенные требования по состоянию поверхностного слоя. Вследствие труднодоступности обрабатываемых поверхностей, для их обработки рекомендуется применение метода абразивно-экструзионной обработки (АЭО).
При внедрении в производство данного метода возникает необходимость проведения большого объем экспериментальных исследований, касающихся влияния факторов обработки. Трудности в исследовании связаны, прежде всего, с пространственным характером процесса перемешивания, неньютоновским характером поведения перемешиваемой среды и наличием свободной поверхности [1]. Данную проблему можно решить за счет моделирования этого процесса в каналах подобных форм.
При обработке детали типа диск ротора течение среды принимается как одномерное течение, линейная зависимость между касательными напряжениями и скоростью потока в канале отсутствует - РС является неньютоновской жидкостью [2]. Для круглой трубы радиуса Я распределение скоростей потока по осям составит уг = = 0, V = (г, 9), давления р = р( г) (используется цилиндрическая система координат г, 9 , г, причем ось г совпадает с осью трубы). Перемещение потока происходит по оси г, течение является осесимметричным, следовательно, у2 = у2 (г). На стенках неподвижной трубы должно
выполняться условие прилипания у2\г=я = 0.
При динамической вязкости п скорость у2 и расход среды Q определяются по формуле:
