CC BY
53
УДК 621.923.01
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ФИНИШНОЙ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ В ПРОИЗВОДСТВЕ ДЕТАЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
А. Е. Саклакова, М. А. Симаков Научный руководитель - В. А. Левко
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: [email protected]
В производстве ракетно-космической техники встречается широкая номенклатура деталей, к поверхностям которых предъявляются повышенные требования к состоянию поверхностного слоя. В настоящее время существует проблема финишной обработки наружной и внутренней поверхности деталей летательных аппаратов, имеющих сложную форму. Рассмотрена применимость специальных методов абразивной обработки для финишной обработки поверхностного слоя деталей летательных аппаратов.
Ключевые слова: специальные методы финишной обработки, абразивная обработка, детали летательных аппаратов.
SPECIAL METHODS OF FINISHING ABRASIVE MACHINING IN THE PRODUCTION
OF PARTS OF AIRCRAFT
A. E. Saklakova, M. A. Simakov Scentific Supervisor - V. A. Levko
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: [email protected]
In the production of the wide range of components found rocket and space technology, the surfaces of which are increased requirements to the state of the surface layer. Currently, there is a problem finishing inner and outer surfaces of the parts of aircrafts, which have a complex shape. The applicability of specific methods for abrasion finishing of the surface layer of aircraft parts.
Keywords: special methods of finishing, abrasive machining, parts of aircraft.
Мировая практика производства деталей со сложными поверхностями показала, что около 30 % трудоемкости их изготовления приходится на финишную обработку. Поскольку финишная обработка таких деталей традиционными способами отделки, как правило, затруднена, для этих целей используют специальные или нетрадиционные методы финишной отделки [1]. Эффективность производства деталей во многом будет определяться правильностью выбора метода финишной обработки. В этой работе проведен сравнительный анализ применимости различных методов абразивной обработки, определенных в ГОСТ 23505-79 [2], для финишной отделки деталей летательных аппаратов.
Из всех видов абразивной обработки, определенных в стандарте [2], для финишной обработки сложных поверхностей можно выделить пять видов абразивной обработки.
Жидкостно-абразивная обработка (Wet blasting) осуществляется при движении заготовки и абразивных зерен относительно друг друга в жидкости в замкнутом контуре [2]. Заготовка вместе с зернами помещается во вращающуюся рабочую камеру в виде круглого или граненого барабана. При обработке заготовка и абразивные зерна перемещаются относительно друг друга в различных направлениях. Число оборотов барабанов невелико и составляет от 5 до 30 об/мин, шероховатость обработки зависит от продолжительности обработки от 0,5 до 30 ч и применяемой рабочей среды, и может составлять 2,5.. .0,03 мкм [3]. Обрабатываются только наружные поверхности деталей.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1
Турбоабразивная обработка (Fluidized bed machining) основана на использовании так называемого «кипящего» слоя абразивных зерен, образующегося в рабочей камере при подаче восходящего потока воздуха через воздухораспределительную решетку дном рабочей камеры. Абразивные зерна совершают перемещения со скоростью 0,1...0,5 м/с, продолжительность обработки 4-1 мин, ввиду относительно малой энергии и частоты ударов зерен при неподвижной заготовке интенсивность съема металла в этом случае не превышает 0,02.0,03 мкм/мин [4]. Обрабатываются только наружные поверхности деталей.
Виброабразивная обработка осуществляется при движении заготовки и абразивных зерен относительно друг друга в вибрирующей емкости [2]. В зависимости от используемой рабочей среды является механическим или механохимическим процессом съема мелких частиц металла с обрабатываемой поверхности детали, и сглаживанием путем пластического деформирования микронеровностей абразивными частицами. Скорость относительного движения абразивных частиц составляет 0,3.0,1 м/с, частота колебаний - 30.50 Гц, амплитуда - 2.5 мм, сила микроударов - 10.20 Н. В процессе обработки возможно получение шероховатости поверхности Ra 2,5.0,16 мкм и сохранение исходной точности. Продолжительность обработки составляет до 90 мин [3]. Обрабатываются только наружные поверхности деталей.
Согласно ГОСТ 23505-79 ультразвуковая обработка (Ultrasonic abrasive machining) - это абразивная обработка, при которой инструмент и (или) заготовка вибрируют с ультразвуковой частотой [2]. Частота колебаний может достигать 18-50 кГц, амплитуда колебаний сердечника с концентратором может составлять до 50-80 мкм. Производительность обработки зависит от обрабатываемого материала, и может составлять от 20 до 0,05 мм/мин, получаемая шероховатость поверхности находится в пределах Ra 1,25 мкм, точность обработки - 0,05.0,1 мм. Как правило, ультразвуковая обработка применяется в комбинированных методах финишной абразивной обработки в качестве дополнительного источника энергии при контактных взаимодействиях между абразивными зернами и заготовкой детали.
Магнитно-абразивная обработка (Magnetic-abrasive machining) - абразивная обработка, осуществляемая при движении заготовки и абразивных зерен относительно друг друга в магнитном поле [2]. Сущность обработки состоит в формировании инструмента из магнитного абразивного порошка, создания сил резания и придания инструменту или заготовке рабочих движений. Существуют разнообразные способы и устройства этого вида обработки, отличающихся кинематикой, конструкцией магнитных индукторов, характером и ориентацией используемого магнитного поля и технологическими возможностями. Получаемая шероховатость составляет Ra 0,63.0,32 мкм, точность -0,05-0,2 мм.
Струйно-абразивная обработка (Abrasive flow machining) заключается в обработке абразивными зернами, введенными в струю жидкости или газа [2].
За последние годы в англоязычной научной периодике произошло закреплении термина abrasive flow machining за обработкой абразивными зернами, введенными в струю или поток среды, способной проявлять при обработке не только вязкие, но и упругие деформации. Этот вид обработки характеризуется низкими скоростями течения и высоким давлением внутри струи или потока среды. Поток среды, наполненный абразивными зернами, продавливается через обрабатываемую деталь при помощи гидравлических цилиндров, копируя форму обрабатываемого канала. Абразивные зерна, за счет возникающих при течении сдвига струи нормальных напряжений, оказывают существенное воздействие на обрабатываемые внутренние и наружные поверхности [5].
Основным преимуществом этого метода финишной обработки, получившим в России название абразивно-экструзионная обработка или экструзионное хонингование, является отсутствие ударных нагрузок при контакте абразивного зерна с обрабатываемой поверхностью [6; 7]. При этом виде обработки могут возникнуть все виды контакта абразивного зерна с микронеровностями обрабатываемых поверхностей [8]. Это позволяет обеспечить обработку любых видов материалов, в том числе хрупких или труднообрабатываемых. При этом в поверхностном слое формируются остаточные сжимающие напряжения, и формируется шероховатость, совпадающая с направлением потока среды.
Обработка абразивными зернами, введенными в струю жидкости или суспензии, в англоязычной литературе выделилось в отдельное направление, и получила название abrasive water jet и abrasive slurry jet соответственно.
Давление струи может достигать 200-400 МПа, при этом потенциальная энергия воды преобразуется в кинетическую энергию. Действие режущих кромок абразивных частиц на обрабатываемую поверхность непродолжительно и имеет ударный характер, количество ударов абразивных частиц
колеблется в зависимости от условий обработки от 2-106 до 25 • 10б в секунду. В процессе этой обработки возможно получение шероховатости наружной поверхности Ra 3,2...б,3 мкм, точность линейного позиционирования ±0,05 мм [3].
Абразивно-экструзионная обработка и ее комбинации с другими специальными методами, например, вибрационной, ультразвуковой и магнитно-абразивной, является наиболее перспективной технологией финишной обработки деталей.
Библиографические ссылки
1. Левко В. А. Абразивно-экструзионная обработка: современный уровень и теоретические основы процесса : монография ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2007. 228 с.
2. ГОСТ 23505-79. Обработка абразивная. Термины и определения (с изм. № 1). Введен с 01.01.1980.
3. Зубарев Ю. М. Специальные методы обработки заготовок в машиностроении : учеб. пособие. СПб. : Лань, 2015. 400 с.: ил.
4. Barletta M. Progress in abrasive fluidized bed machining // J. of Materials Processing Technology. Vol. 209, Iss. 20, p. 6087-6102.
5. Левко В. А. Научные основы абразивно-экструзионной обработки деталей : монография ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. 222 с.
6. Левко В. А. Абразивно-экструзионная обработка. Современный уровень, проблемы и направления развития // Изв. Томск. политех. ун-та. 2006. Т. 309. № 6. С. 125-129.
7. Обеспечение точности расхода компонентов топлива через каналы деталей, обработанных экструзионным хонингованием / С. К. Сысоев, А. С. Сысоев, В. А. Левко и др. // Технология машиностроения. 2007. № 6. С. 48-52.
8. Левко В. А. Контактные процессы при абразивно-экструзионной обработке // Металлообработка. 2008. № 3. С. 19-23.
© Саклакова А. Е., Симаков М. А., 2016
