Влияние поверхностной твердости материала на коэффициент обрабатываемости при абразивно-экструзионной обработке Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.923.9

ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНОЙ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛА НА КОЭФФИЦИЕНТ ОБРАБАТЫВАЕМОСТИ ПРИ АБРАЗИВНО-ЭКСТРУЗИОННОЙ ОБРАБОТКЕ

К. Р. Князева, И. А. Юсковец, М. В. Егоров, Д. В. Кин Научный руководитель - Л. П. Сысоева

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: sysoeva.tms@mail.ru

Определена зависимость эффективности резания от физико-механических свойств материала и режимов абразивно-экструзионной обработки. Выявлено влияние поверхностной твердости на коэффициент обрабатываемости при абразивно-экструзионной обработке.

Ключевые слова: абразивно-экструзионная обработка, рабочая среда, абразивное зерно, микрорезание, поверхностная твердость, коэффициент обрабатываемости.

INFLUENCE OF THE MATERIAL SURFACE HARDNESS BY A MACHINABILITY FACTOR

AT THE ABRASIVE FLOW MACHINING

K. R. Knyazev^ I. A. Uskovetc, M. V. Egorov, D. V. Kin Scientific supervisors - L. P. Syisoeva

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: sysoeva.tms@mail.ru

The cutting efficiency dependence on physical and mechanical material properties and Abrasive Flow Machining modes is determined. The influence of surface hardness by a machinability factor at Abrasive Flow Machining is defined.

Keywords: Abrasive Flow Machining, work medium, abrasive grains, microcutting, surface hardness, machinability factor.

Исследование проведено с целью выявления влияния физико-механических свойств материала обрабатываемой детали и режимов абразивно-экструзионной обработки (АЭО) на ее эффективность.

В процессе АЭО вязкоупругая рабочая среда (РС), наполненная абразивными зернами, экстру-дируется под давлением вдоль обрабатываемой поверхности. Под действием давления РС на входе в канал детали формируется сжатый абразивный «жгут», который при движении «отслеживает» контуры канала. На поверхности абразивного жгута находятся активные абразивные зерна (АЗ), контактирующие с поверхностью канала микровыступами, вследствие чего при движении снимается определенный слой материала [1].

Исследование механизма съема стружки при АЭО всеми активными АЗ оценить достаточно сложно вследствие их хаотичного расположения и относительной подвижности на поверхности «жгута». Поэтому при исследовании рассматривается микрорезание выступом единичного АЗ.

Имитация контакта при микрорезании единичным АЗ выполнялась на установке МР-2 (рис. 1) со ступенчатым нагружением индентора.

Полный факторный эксперимент спланирован для двух факторов на двух уровнях варьирования (см. таблицу) проведен на катанных образцах из сплава АМг6 твердостью 100 НВ и образцах из стали 12Х18Н10Т твердостью 150 НВ. Эффективность резания оценивалась по глубине царапины h4.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2015. Том 1

Рис. 1. МР-2:

1 - приспособление; 2 - образец; 3 - индентор; 4 - сменный груз; 5 - шток; 6 - привод

Факторы, уровни варьирования, матрица планирования и результаты эксперимента

Факторы Уровни варьирования Шаг 1 № опыта Х1 Х2 Ьц у

-1 1

х1 - поверхностная твердость, НВ 100 150 50 1 1 1 0,063 0,010

х2 - сила резания, Н 0 5 5 2 -1 1 0,126 0,030

у - глубина царапины кц, мм 3 1 -1 0,016 0,0018

4 -1 -1 0,046 0,0052

Расчет глубины царапины кц проведен по ширине Ьц (рис. 2) с учетом геометрических характеристик индентора, в том числе его радиуса скругления.

Рис. 2. Царапины (х150) при резании индентором с углом 100о на образцах из стали 12Х18Н10Т без нагружения (а) и с нагружением 5 Н (б); из сплава АМг6 без нагружения (в) и с нагружением 5 Н (г)

После математической обработки результатов эксперимента получена зависимость эффективности резания от исследуемых параметров:

кц =-0,0105-0,236• 10-3 НВ + 0,033 • Р-0,27-10-6 •НВ • Р .

По полученной зависимости для материалов с различной твердостью построены графики (рис. 3), которые показывают, что с повышением поверхностной твердости для начала процесса резания требуется большая сила прижатия АЗ к обрабатываемой поверхности.

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

Р.Н

Рис. 3. Зависимость глубины царапины Иц от нормальной составляющей силы резания Р, Н: 1 - АЛ9; 2 - АЛ32; 3 - АК6; 4 - СЧ10; 5 - Сталь 10; 6 - СЧ25; 7 - 12Х18Н10Т; 8 - 30Х3МВФ

Полученная зависимость позволит, зная метод получения заготовки, глубину дефектного слоя, исходную и требуемую шероховатость, определить режимы АЭО (давление в системе, количество циклов).

Для связи эффективности обработки различных материалов с режимами АЭО введем относительный коэффициент, характеризующий обрабатываемость материала: ком = 1,155 -0,86-10-3 • НВ

по отношению к обрабатываемости эталона (стали 45). Проведенные расчеты показали, что с увеличением поверхностной твердости коэффициент обрабатываемости уменьшается (рис. 4).

о --1-1----

100 200 300 400 500 600 700 НВ,МПл

Рис. 4. Зависимость коэффициента обрабатываемости материала ком твердости материала

Проведенные исследования позволят разработать методику выбора режимов АЭО для различных материалов, исключив необходимость их экспериментального определения.

В будущем необходимо соотнести полученные результаты с результатами проведенных ранее исследований по влиянию состава РС на эффективность обработки алюминиевых сплавов. Это позволит разработать методику выбора состава РС (по виду абразива и его концентрации) для обработки различных материалов.

Библиографическая ссылка

1. Сысоев С. К. Экструзионное хонингование деталей летательных аппаратов: теория, исследования, практика : монография ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2005. 220 с.

© Князева К. Р., Юсковец И. А., Егоров М. В., Кин Д. В., 2015