Удаление дефектного слоя с поверхности труднодоступных каналов после электроэрозионной обработки Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Таблица 2

Порошок Наименование параметра Значение Примечание

Все указанные выше Минимальная ширина нанесения слоя металлизации, мм 5 Обеспечивается фиксированным диаметром сопла

Максимальная ширина нанесения слоя металлизации, мм 7

А-10-04 Электрическое удельное сопротивление, Ом/^ 0,02

А-20-01 0,02

С-01-01 0,03

С-01-00 0,06

N3-00-02 0,11

А-10-04 С-01-01 С-01-00 Адгезия к материалам, кг/см2 ~230 Трехслойная структура

С-01-01 С-01-00 Химическая стойкость покрытия - Вследствие окисляемости медного слоя необходимо проводить операцию гальванического серебрения либо допускать минимальный разрыв во времени между операциями нанесения последнего слоя С-01-00 и лужения

Все указанные выше Трещиностойкость - Трещины в покрытиях не обнаружены, в том числе по граням

Равномерность нанесения слоев - Благодаря автоматической системе перемещения по двум осям покрытие наносится равномерно. Существует краевой эффект

С-01-01 Паяемость - Смачиваемость припоем неудовлетворительная. Медь + корунд

С-01-00 Смачиваемость припоем удовлетворительная при использовании активного флюса. Никель + корунд

N3-00-02 Смачиваемость припоем хорошая. Медь

P. S. Stepanov, D. L. Kaigorodov, V. P. Parnachev, N. V. Bezuglova JSC «Scientific-Production Center "Polus"», Russia, Tomsk

TECHNOLOGY AND MATERIALS OF GAS-DYNAMIC EVAPORATION

The technology and equipment for gas-dynamic evaporation are presented. Modes of evaporation with powder of aluminum, copper, nickel, zinc are specified here. Also, the results of analysis of resulting plating are considered.

© Степанов П. С., Кайгородов Д. Л., Парначев В. П., Безуглова Н. В., 2011

УДК 621.923.9

А. С. Сысоев, И. А. Литвинов, Л. П. Сысоева, С. К. Сысоев

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

УДАЛЕНИЕ ДЕФЕКТНОГО СЛОЯ С ПОВЕРХНОСТИ ТРУДНОДОСТУПНЫХ КАНАЛОВ ПОСЛЕ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ

Описаны результаты исследований по удалению напряжений после электроэрозионной обработки абразив-но-экструзионным методом (АЭО). Эксперименты проведены на экспериментальной установке в лаборатории Сибирского государственного аэрокосмического университета (СибГАУ). Получены эмпирические зависимости напряжения в поверхностном слое детали от технологических факторов. Выбраны режимы АЭО для полного удаления напряжений из поверхностного слоя деталей.

Для формирования сложных и труднодоступных каналов в деталях машиностроения широко используют электроэрозионную обработку (ЭЭО). Поверхностный слой после ЭЭО имеет литую структуру, образующуюся при кристаллизации материала из

жидкого состояния. Под оплавленным слоем с литой структурой глубиной 100... 800 мкм наблюдается изменение состояния границ зерен основы с образованием микротрещин. Изменения свойств поверхностного слоя по сравнению со свойствами металла ис-

Перспективные материалы и технологии в аэрокосмической отрасли

ходнои заготовки вызывают преждевременное разрушение деталей машин [1].

Анализ способов удаления дефектного слоя с поверхности труднодоступных каналов показал целесообразность использования абразивно-экструзионной обработки (АЭО) [2]. Процесс АЭО заключается в перепрессовании под давлением абразивной смеси вдоль поверхности. В результате взаимодействия активных абразивных зерен (находящихся в вязко-упругой основе) с прилегающей поверхности удаляется некоторый слой металла. При этом в рабочей смеси (РС) формируется «жгут», на поверхности которого расположены активные абразивные зерна. Отслеживая внутреннюю поверхность канала, «жгут» обеспечивает взаимодействие активных зерен с поверхностью. Основное преимущество этого способа заключается в том, что могут обрабатываться сложные каналы любой кривизны с обеспечением равномерного съема материала одновременно с поверхностей всех каналов в детали.

Опыты по уменьшению напряжений в поверхностном слое при АЭО проведены на образцах толщиной 4 мм, шириной 20 мм и длиной 70 мм, выполненных из стали 12Х18Н10Т и подвергнутых ЭЭО на постоянных режимах (напряжение и = 60 В, сила тока I = 7 А, длительность импульса 4 = 480 мкс, энергия импульса = 0,2 Дж).

Расчет напряжений в поверхностном слое ст на каждом этапе обработки выполнен по формуле, предложенной академиком Давыденковым Н. Н. [3]:

. (/к - /н)

3Ь2 к '

(1)

где Е - модуль упругости 1-го рода, Е = 2,1-10 МПа; ё - расстояние от внутренней поверхности образца до удаленного слоя, мм; Ь - половина длины образца, мм; / - прогиб образца после обработки, мкм; /н - прогиб образца до обработки, мкм; к - глубина удаленного слоя, мкм.

Изучение состояния напряжений на поверхности образцов в зависимости от величины абразива в смеси Ва, его концентрации Ка и давления смеси Р на входе в канал (перепрессование смеси выполнялось вдоль длинной стороны образца) после ЭЭО выполнены на опытной установке УЭШ-25 с планированием экспериментов по полному факторному плану ПФЭ-23.

Абразивная смесь приготовлена на основе каучука СКТ с добавлением абразива (электрокорунд белый ЭБ-24) различной зернистости.

Параметры для расчета напряжений измерялись после каждых 25 циклов обработки. За цикл принято двойное перемещение абразивной смеси через канал с образцом (объем смеси за цикл 35-10-5 м3).

Математическая обработка результатов экспериментов по удалению дефектного слоя после 75 циклов работы выполнена по разработанной нами программе СЛЬС-99. При расчетах проверена воспроизводимость опытов по критерию Кохрена, степени значимости коэффициентов регрессии по критерию Стью-дента, адекватность полученной модели реальной поверхности отклика по критерию Фишера. При математической обработке результатов исследования получили зависимость:

577 681

К 0,42 в

р0

(2)

Анализ зависимости (2) показал, что изменение величины абразива с 250 до 500 мкм приводит к увеличению интенсивности съема дефектного слоя в 2 раза. При этом интенсивность влияния Ва в 24 и 16 раз более, чем Ка и Р соответственно.

Остаточные напряжения за каждые 25 циклов перепрессования абразивной смеси через канал, образованный поверхностью образца и стенками приспособления, уменьшается. За 125 циклов обработки напряжения в поверхностном слое снимаются полностью при наилучших сочетаний варьируемых параметров: Ва = 500 мкм, Ка = 75 %, Р = 12 МПа.

По результатам экспериментов можно сделать следующие выводы: при АЭО после ЭЭО остаточные напряжения в поверхностном слое уменьшаются в результате последовательного удаления тонких слоев, что дает возможность снизить напряжения с 540 до 0 МПа за 120...125 циклов (на установке УЭШ-25); увеличение объема рабочих камер установок для АЭО позволит сократить время на обработку за счет уменьшения времени на переключение хода рабочих поршней устройств; предпочтительно применять абразивные смеси с большим содержанием в рабочей смеси абразива (до 80 %) величиной до 500 мкм. Процесс необходимо вести при давлении на входе в канал до 12 МПа.

Библиографические ссылки

1. Сулима А. М., Евстигнеев М. И. Качество поверхностного слоя и усталостная прочность деталей из жаропрочных и титановых сплавов. М. : Машиностроение, 1974.

2. Пат. 3521412 США, МКИ В 24 В 1/00, 19/00. Способ снятия заусенцев и отделки поверхностей абразивной массой / Р. У. МакКарти. [Б. н. ] ; заявл. 05.11.65, Бюл. ИСМ №10. 1970.

3. Давиденков Н. Н. Об измерении остаточных напряжений // Заводская лаборатория. 1950. Т. ХУ1. № 2. С. 182-192.

A. S. Sysoev, I. A. Litvinov, L. P. Sysoeva, S. K. Sysoev Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

REMOVAL OF A DEFECTIVE LAYER FROM A SURFACE OF HARD-TO-GET CHANNELS AFTER ELECTRO-EROSIVE PROCESSING

The results of researches on removal of stress after electro-erosive processing by abrasive-extrude method are described. The experiments are carried out on experimental installation in laboratory of Siberian State Aerospace University. The empirical dependences of a stress in a superficial layer of a detail from technological factors are received. The treatment modes for complete stress removal from a superficial layer of details are chosen.

© Сысоев А. С., Литвинов И. А., Сысоева Л. П., Сысоев С. К., 2011

УДК 621.923.9

Л. П. Сысоева, А. С. Сысоев, И. В. Копытов, С. К. Сысоев

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ФОРМИРОВАНИЕ НАПРАВЛЕННОЙ ШЕРОХОВАТОСТИ В КАНАЛАХ ДЕТАЛЕЙ ЖИДКОСТНО-РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Описаны результаты исследований по формированию направленной шероховатости поверхности деталей абразивно-экструзионным хонингованием (ЭХОН). Эксперименты проведены на опытной установке в лаборатории Сибирского государственного аэрокосмического университета (СибГАУ). Получены степенные зависимости шероховатости от технологических факторов. Выбраны режимы ЭХОН для изменения произвольной шероховатости после электроэрозионной обработки на направленную.

В конструкциях жидкостно-рекетных двигателей (ЖРД) широко используют сложнопрофильные геометрические элементы, формирующие внутренние поверхности деталей, например, крыльчатки, направляющие и сопловые аппараты топливно-насосные агрегаты и др. Эти поверхности, как правило, формируют высокоскоростной гидравлический или газовый поток и должны иметь соответствующую потоку на -правленность. Однако существующими технологическими методами эту задачу выполнить трудно.

Исследована возможность использования процесса ЭХОН для обеспечения направленной шероховатости до Rа < 0,6 мкм. Исследования выполнены на установке УЭШ-100М. Эксперименты спланированы по полному факторному плану ПФЭ-22. Уровни варьируемых факторов приведены в таблице. Образцы изготовлены из стали 12Х18Н10Т с исходной шероховатостью поверхности Rа » 15 мкм.

Рабочая смесь (РС) приготовлена из смеси каучука СКТ и карбида кремния зеленого зернистостью Ва= 500 мкм с концентрацией ка = 60-80 %. Площадь проходного сечения канала в процессе перепрессования рабочей смеси изменяли в диапазоне 700-1 500 мм2 за счет использования вставных пластин между базовым вкладышем и приспособлением.

Математическая обработка результатов исследования выполнена с использованием разработанной нами программы. Получены математические зависимости в виде показательных функций вида Ка = а. в" (а, в - коэффициенты уравнения, п - количество цик-

лов обработки) и по ним выбраны оптимальные режимы обработки для достижения минимальной шероховатости - 0,4 мкм. Статистические оценки результатов эксперимента удовлетворительны (по критерию Кохрена), а уравнения адекватно отражают процесс обработки (по критерию Фишера) [1] (см. рисунок).

Уровни варьируемых факторов при реализации полного факторного эксперимента ПФЭ-22

Уровни варьирования факторов Концентрация абразива, ХЦЮ, % Площадь проходного сечения канала, Х2(^), мм2

Верхний, Х;+ 80 1500

Основной, Х;° 70 1100

Нижний, Х;" 60 700

Шаг варьирования, X 10 400

Интенсивность снятия слоев металла существенно зависит от площади проходного сечения канала, содержания абразива в РС и исходного качества поверхности обрабатываемого материала. Указанная закономерность очевидна. Чем больше площадь проходного сечения канала, тем меньше давление рабочей смеси в активной зоне обработки, а уменьшение степени закрепленности активного абразивного зерна в абразивном «жгуте» с изменением давления РС приводит к уменьшению глубины царапин, и, следовательно, суммарного эффекта удаления металла с обрабатываемой поверхности.