CC BY
28
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
УДК 621.923.9
Л. П. Сысоева, И. А. Литвинов Научный руководитель - А. С. Сысоев Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ЗАВИСИМОСТЬ КОНУСНОСТИ КАНАЛА ОТ ПАРАМЕТРОВ АБРАЗИВНО-ЭКСТРУЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ
Исследована зависимость конусности, возникающей при абразивно-экструзионной обработке каналов, от параметров обработки.
При течении потока рабочей среды по обрабатываемому каналу при абразивно-экструзионной обработке (АЭО) наблюдаются перепады давления, приводящие к неравномерному съему металла на входе и на выходе из канала и, как следствие, к его конусности. Причина конусности - образование конусного ядра в абразивном «жгуте» потока РС, что приводит к удалению большего слоя металла на входе в канал, чем на выходе из канала. При этом было установлено, что величина конусности ядра зависит от давления РС в канале [1].
Исследование было вызвано необходимостью обосновать диапазон давлений РС, при котором допускается АЭО, обеспечивающая заданные геометрические параметры поверхности и исключающая изменения профиля канала (5%-й предел по конусности) в пределах допуска.
Эксперименты выполняли на установке УЭША-1 с изменением давлений РС на входе в отверстие в диапазоне 16,4...61,4 МПа. Содержание компонентов в каучуке СКТ: электрокорунд белый ЭБ -120 мкм (массовое содержание по плану эксперимента), олеиновая кислота - 10 %. Исследование проводилось на плоских образцах - шайбах толщиной от 2 до 10 мм с отверстием 01,2 мм, изготовленных из стали Х18Н10Т. Через отверстие в образце 1 в одну сторону
Рис. 2. Зависимость конусности к, % отверстия от концентрации абразива Ка при экструзии РС при содержании абразива от 50 до 400 м.ч. под давлением (МПа): 1 - 64, 2 - 52, 3 -38,5, 4 - 30, 5 - 1, 6 - пятипроцентный барьер конусности
экструдировали 30-10- м рабочей смеси.
Планирование экспериментов выполнено с реализацией матрицы планирования по плану Бокса для трех факторов на трех уровнях варьирования [2]. В качестве отклика функции принята конусность отверстия, определенная по отношению (рис. 1):
к =
100 %,
2/
(1)
где й\ - диаметр отверстия на входе РС, мм; й2 - диаметр отверстия на выходе РС, мм; / - длина отверстия, мм.
Рис. 1. Вид конусности после АЭО (исходное отверстие 010 мм, 02 мм) различной длины: Я - радиус закругления входной кромки отверстия; ¿1 и ¿2 -диаметр отверстия на входе РС и выходе соответственно
Рис. 3. Зависимость конусности к,% отверстия при экструзии РС под давлением Р (МПа) для различных длин /:
1 - 2 мм, 2 -6 мм, 3 - 10 мм, 4 - пятипроцентный барьер конусности канала
Секция « Технология производства ракетно-космической техники»
В результате математической обработки результатов получена зависимость:
k = 19,515 + 0,0833^ + 0,122Ka + 0,1885Д, + 0,0012Ka -
" ^ " (2) —0,019Pl-0,004Kal-0,0039P2 -0,00018^ + 0,087l2.
Адекватность полученного уравнения подтверждается по критерию Фишера. По полученной зависимости выполнены графики (рис. 2, 3), показывающие зависимость конусности канала после АЭО от варьируемых факторов.Анализ данных, полученных в ходе эксперимента, позволяет сделать следующие выводы:
- с уменьшением длины канала и увеличением содержания абразива в РС, а также ее давления на ходе в канал конусность увеличивается. Для уменьшения величины конусности в каналах любой длины необходимо ограничить режимы при АЭО. Исходя из безопасности условий при эксплуатации оборудования и рекомендаций по выбору параметров обработки [3], давление РС на входе в канал не должно превышать 12 МПа;
- необходимо установить пятипроцентный предел по конусности, гарантирующий допустимое снятие слоя металла по длине канала и обеспечивающий геометрические параметры в пределах допуска;
- при разработке технологического процесса АЭО возникающую конусность канала можно корректировать на этапе проектирования заготовки.
Библиографические ссылки
1. Сысоев С. К., Сысоев А. С. Экструзионное хо-нингование деталей летательных аппаратов: теория, исследования, практика : моногр. ; Сиб. гос. аэ-рокосмич. ун-т. Красноярск, 2005.
2. Пен Р.З., Менчер М. Н. Статистические методы в целлюлозно-бумажном производстве. М. : Лесная промышленность, 1973.
3. Pat. 3521412 US, ISC B24B 1/00, 19/00. Method of honing by extruding / McCarty, R.W.; 05.11.1965; 21.07.1970.
© Сысоева Л. П., Литвинов И. А., Сысоев А. С., 2011
УДК 621.923.9
Л. П. Сысоева, Д. В. Чеботарев Научный руководитель - А. С. Сысоев Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ЗАВИСИМОСТЬ ПРЕДЕЛА ТЕКУЧЕСТИ ОТ СОСТАВА РАБОЧЕЙ СРЕДЫ ПРИ АБРАЗИВНО-ЭКСТРУЗИОННОЙ ОБРАБОТКЕ
Исследована зависимость предела текучести рабочей среды при абразивно-экструзионной обработке от концентрации компонентов и давления.
В качестве инструмента при абразивно-экстру-зионной обработке (АЭО) используется рабочая среда (РС), состоящая из вязко-упругой полимерной основы, наполненной рабочими элементами (абразивными зернами), которая под давлением экструдируется вдоль обрабатываемой поверхности.
Рабочая среда для АЭО состоит из полимерной основы (кремнийорганические и другие полимеры, способные к большим упругим деформациям при их движении в обрабатываемом канале), рабочих элементов и компонентов, изменяющих ее свойства (пластификаторов и модификаторов).
Выбор состава РС зависит от условий обработки: геометрических характеристик обрабатываемой детали, размерной точности и качества поверхностного слоя (требуемого и исходного). Состав РС должен обеспечивать оптимальное соотношение вязких и упругих свойств: вязкие свойства среды влияют на ее текучесть-жесткость, позволяя обеспечивать сдвиговое течение в обрабатываемом канале, а упругое восстановление основы среды в потоке создает значительные дополнительные усилия на абразивное зерно, позволяющие обеспечить требуемые величины силы резания при меньших скоростях потока. Следовательно, для конкретных геометрических параметров обрабатываемых каналов необходимо определить такую процентную концентрацию абразива в смеси, чтобы при максимально возможном сохранении упругих свойств ра-
бочей среды, способной обеспечить максимальную эффективность обработки, среда могла течь через обрабатываемый канал.
Для расчета параметров потока РС для АЭО наибольшее распространение получила модель бинга-мовского пластика (жидкости) или модель вязкопла-стического тела Шведова-Бингама. В состоянии покоя бингамовские жидкости имеют достаточно жесткую пространственную структуру, которая нарушается только при достижении определенного значения напряжения сдвига т, превышающего предел текучести [1]:
Т = Т0 +Пп
(1)
где т0 - напряжение, при достижении которого начинают течь аномально вязкие жидкости, цт - коэффициент пластической вязкости; du / dy - градиент скорости.
При достижении напряжения сдвига т0 бингамов-ская жидкость начинает течь как ньютоновская. Но при снижении напряжении ниже предела текучести ее структура восстанавливается.
Для практического применения АЭО необходимо определить условия, при которых начинается устойчивое течение смеси в отверстии [т] > т0. Это особенно важно при обработке тонкостенных деталей и небольших отверстий.
