автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Разработка методов расчета электрохимического формообразования с учетом обрабатываемости материалов применительно к изготовлению лопаток ГТД

На правах рукописи

МИНУЛЛИН МАРАТ САДРИСЛАМОВИЧ

УДК 621.9.047

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ С УЧЕТОМ ОБРАБАТЫВАЕМОСТИ МАТЕРИАЛОВ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ИЗГОТОВЛЕНИЮ ЛОПАТОК ГТД

Специальности: 05. 07. 05 - тепловые двигатели летательных аппаратов

05.07.04 - технология производства летательных аппаратов

г

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г

Казань 1997

Работа выполнена в Казанском государственном техническом университете им.

А.Н. Туполева.

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и '

техники РТ, доктор технических наук, профессор КАРИМОВ А.Х.

Официальные оппоненты - заслуженный изобретатель РТ,

доктор технических наук, профессор САДЫКОВ З.Б. - кандидат физико-математических наук, доцент ФИЛАТОВ Е.И.

Ведущее предприятие - АО КМПО

Защита состоится__ 1997 г. в___часов на заседании

специализированного совета Д 063 43.01 Казанского государственного технического университета по адресу: 420111, Казань, ул. К.Маркса, 10, зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан_1997г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук

А.ГТ. Козлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из приоритетных направлений научно-технического прогресса является внедрение высокоэффективных технологических процессов электрохимической размерной обработки (ЭХО) материалов.

Электрохимическая обработка нашла широкое применение при изготовлении газотурбинных двигателей (ГТД). Наиболее эффективно использование операций ЭХО при изготовлении деталей из высокопрочных материалов. Электрохимическим способом обрабатываются лопатки турбин и компрессоров, гравюры ковочных штампов и другие детали.

Особенно широко ЭХО применяется при изготовлении лопаток ГТД. Однако внедрение процесса ЭХО сдерживается высокой трудоемкостью изготовления катодов-инструментов (КИ) и изыскания режимов, обеспечивающих заданную точность профиля лопатки. Это в свою очередь определяется отсутствием соответствующих методик, позволяющих с высокой точностью и меньшей трудоемкостью осуществлять проектирование КИ и отбор режимов повышенной локализации.

Повысить точность профилирования электродов-инструментов для электрохимической размерной обработки и выбрать режимы обработки повышенной локализации позволяет учет обрабатываемости материалов. Известные характеристики обрабатываемости выражаются в основном производительностью процесса, т е. скоростью съема металла, и не учитывают ее изменение по обрабатываемой поверхности. Поэтому для решения задач электрохимического формообразования фасонных поверхностей типа пера лопаток ГТД, штампов актуальным является изыскание новых характеристик.

Цель работы. Повышение точности ЭХ формообразования фасонных поверхностей лопаток ГТД, штампов и других деталей путем учета обрабатываемости материалов при технологических расчетах и определения режимов ЭХО повышенной локализации.

Научная новизна.

- Разработана методика определения степени локализации процесса ЭХО, в которой зависимость высоты исходной неравномерности от минимального припуска рассчитывается из базового эксперимента при ЭХО плоских образцов с неподвижными электродами или перемещающимися с постоянной скоростью. Предложенные характеристики обрабатываемости позволяют определять важные в технологическом отношении значения минимального припуска, снимаемого на один миллиметр ступени, и высоты ступени, выравниваемой на каждый миллиметр минимального припуска.

- В качестве характеристик обрабатываемости предложено использовать зависимости межэлектродного зазора от времени ЭХО и плотности тока при ЭХО неподвижными электродами и скорости анодного растворения от МЭЗ и плотности тока. Разработаны методики определения этих зависимостей, соответствующие алгоритмы и программы.

- Получены новые зависимости характеристик обрабатываемости "лопаточных" сплавов в условиях ЭХО повышенной локализации.

- Разработана методика локально-одномерного расчета ЭХ формообразования с учетом обрабатываемости материалов. Для учета обрабатываемости материалов в основное расчетное уравнение вводится зависимость, учитывающая изменение скорости анодного растворения материала по обрабатываемой поверхности.

- Получены зависимости удельной электропроводности электролитов -растворов ЫаС1 и №N0? от концентрации, температуры, степени зашламлен-ности и режима прокачки.

Практическая ценность.

- Методика определения степени локализации предполагает проведение эксперимента на плоских образцах взамен ступенчатых, что в 2-3 раза позволяло снизить трудоемкость и расход исследуемых материалов. Кроме того при ЭХО плоских образцов гидродинамический режим приближается к режиму ЭХО пера лопаток, что повышает точность экспериментов. Для количественной характеристики степени локализации процесса ЭХО предложено применять коэффициент минимального припуска и коэффициент выравнивания, которые с технологической точки зрения более наглядно характеризуют процесс

- Исследована обрабатываемость ряда "лопаточных" сплавов при ЭХО на постояннохм и импульсном токах, с подачей сжатого воздуха и без него, с применением простых и сложных электролитов различной концентрации и температуры. Для обеспечения требуемой производительности, точности обработки и качества поверхности даны рекомендации по выбору режимов ЭХО лопаток ГТД и ковочных штампов.

- Разработанная методика расчета ЭХФ на основе локально-одномерного приближения с учетом обрабатываемости материалов позволяет повысить точность расчетов КИ и анодной поверхности.

Реализация результатов. Результаты исследований внедрены в Казанском моторостроительном производственном объединении в виде технологических процессов и расчетных методик, а также в учебном процессе КГТУ.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Всероссийских научно-технических конференциях (Казань 1990г., Москва 1993г., 1995 г., 1996 г., Уфа 1996 г.), на республиканских отраслевых конференциях и семинарах ( Казань 1989-1996г.г., Куйбышев 1989 г.).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 23-х статьях и тезисах докладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, приложений и списка литературы. Она содержит 149 страниц машинописного текста, 68 рисунков, 5 таблиц, 2 приложения и список литературы из 112 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во-ввелении обосновывается актуальность выбранной темы и кратко расписывается основное содержание работы.

Р первой главе проводится обзор исследований обрабатываемости материалов при электрохимической размерной обработке и расчетных методик.

Большой вклад в решение этих вопросов сделали работы отечественных ученых Ю.Н. Петрова, Ф.В. Седыкина, И.И. Мороза, В.П. Смоленцева, Л.Б. Дмитриева, В.В. Любимова, В.И. Филина, Е.М. Румянцева, Ю.С. Волкова, В.В. Клокова, З.Б. Садыкова, А.Х. Каримова и др.

Наиболее полно обрабатываемость материалов рассматривается при резании. Обрабатываемость материалов при ЭХО имеет ряд особенностей. Предлагаемые исследователями характеристики обрабатываемости: удельная производительность Л-Д; анодный выход материала по току, удельная объемная скорость съема металла \>уд, удельная средняя скорость растворения металла Уср, с точки зрения процесса ЭХО верно оценивают ту или иную стороны обрабатываемости материала, но они не удобны для применения при расчетах задач электрохимического формообразования фасонных поверхностей. Для этих расчетов искомыми величинами являются межэлектродные зазоры (МЭЗ). Применение указанных характеристик связано с преобразованиями их в зависимости, включающие в качестве основных параметров межэлектродные зазоры.

На основе анализа литературных источников показана необходимость разработок новых характеристик обрабатываемости, учитывающих изменение скорости анодного растворения по обрабатываемой поверхности.

При изготовлении лопаток ГТД широко применяются титановые сплавы ВТ6, ВТ8, никель-хромовые сплавы ХН45ВМТЮБР (ЭП718), ЖС6КП, ЖС6У и др. В литературе имеются весьма ограниченные сведения по режимам и технологическим показателям ЭХО указанных материалов. Проведен обзор исследований обрабатываемости "лопаточных" сплавов, на основе которого определяются рекомендованные составы электролитов и параметры импульсного тока.

Оценка степени локализации режима ЭХО обычно проводится по результатам выравнивания ступенчатой поверхности образца. Следует отметить, что эксперименты по выравниванию ступенчатой поверхности достаточно трудоемкие. Рассмотрены предложенные исследователями коэффициенты локализации. Отмечено, что имеющиеся методика и коэффициенты локализации требуют дальнейшей проработки.

Рассматриваются известные методики решения задач электрохимического формообразования (ЭХФ) на основе локально-одномерного приближения. Метод локально-одномерного приближения предполагает использование в качестве основного расчетного соотношения уравнения изменения МЭЗ в

электрохимической ячейке, которые получены на основе законов Ома и Фара-дея, Уравнение записывается в виде:

(о

с// а

где А = П-¿(1/-и„). (2)

Р

Здесь а - межэлекгродный зазор; I - время; А - обобщенная характеристика режима электрохимической обработки и обрабатываемого материата; V - скорость подачи катода-инструмента; г/ - анодный выход металла по току, / -удельная электропроводность электролита; Э - электрохимический эквивалент металла; р - плотность обрабатываемого материала; Ц и„- напряжение и его падение в приэлектродных слоях и окисных пленках.

Повысить точность расчетов МЭЗ позволяет учет обрабатываемости материалов электрохимическим способом. Известны различные методы учета обрабатываемости, в которых используют зависимость анодного выхода материала от плотности тока // ^ / (] ), удельную объемную скорость съема металла Кус) или характеристику режима и обрабатываемого материала/4 по формуле (2).

Предлагаемые обобщенные характеристики процесса ЭХО учитывают природу процесса не полностью, а следовательно описывают ее не достаточно точно. Актуальным является дальнейшее их совершенствование.

Проведенный анализ состояния вопроса позволил наметить следующие задачи исследований:

- Усовершенствовать методику определения степени локализации процесса ЭХО и ее характеристики.

- Установить зависимости, характеризующие обрабатываемость материалов, и позволяющие оценивать изменение скорости съема по обрабатываемой поверхности.

- Исследовать обрабатываемость ряда "лопаточных"' сплавов в условиях повышенной локализации процесса и определить для них характеристики обрабатываемости, применимые для расчетов электродов-инструментов.

- Разработать методику локально-одномерного расчета ЭХ формообразования фасонных поверхностей с учетом обрабатываемости материала.

- Апробировать разработанные методики в лабораторных и производственных условиях.

Во второй главе рассматривается методика проведения исследований.

Схематично приведена последовательность проведения теоретических и экспериментальных исследований.

Первоначально рассматривается методика решения задач электрохимического формообразования на основе локально-одномерного приближения. Определяются характеристики обрабатываемости и условия повышенной локализации процесса ЭХО. Отбираются характеристики, применимые при расчета

ЭХФ. Далее разрабатывается методика расчета КИ с учетом указанных характеристик. На заключительном этапе проводится экспериментальная проверка и производственное внедрение разработанной методики.

Экспериментальные исследования проводились на установке ЭХО-1 при обработке плоских и ступенчатых образцов, изготовленных из материалов ВТб, ВТ8, ХН45ВМТЮБР (ЭП718), ЖС6КП, ЖС6У, ХН70МВТЮБР (ЭИ598), и на установке для измерения удельной электропроводности электролитов.

Исследованы следующие схемы ЭХО: с постоянной подачей катода-инструмента, при неподвижных электродах, на постоянном токе, на импульсном токе, с подачей в межэлектродный промежуток воздуха, без подачи воздуха.

Применялись режимы ЭХО:

-электролиты - водные растворы КаМ03, МаС1, ЫаМ03 + ЫаС1, №СЮ4 концентрации 3-20%, 22...50°С, РЛТ=0,22...0,4 МПа,

=0,05...0.1 МПа; давление воздушно-электролитной смеси Р= 0,2(5.-.0,27 МПа;

-ток постоянный и = 12...15В, ] = 3....35 А/см2;

-ток импульсный £Уф= 19 В, итл= 50 В, длительность импульса 3...10 мс, частота импульсов 100 Гц, скважность импульсов 1,2...4;

-скорость подачи электрода 0,2...0,7 мм/мин;

-время ЭХО 8.... 15 мин.

Экспериментальное определение электропроводности электролитов производитесь "методом моста" с компенсацией емкостной составляющей. Исследовалось влияние температуры, скорости прокачки и степени зашламленности электролита на его удельную электропроводность.

Как показали измерения, зависимость удельной электропроводности от температуры имеет практически линейный характер. В исследовании не удалось обнаружить различия удельной электропроводности стационарного и проточного электролитов, а также у модельных растворов с 10, 30, 50, 70 и 90% шлама, у отстоявшегося и перемешиваемого электролита в баке.

Результаты экспериментальных исследований обрабатывались с применением методов математической статистики. Каждый эксперимент проводился от 3-х до 10 раз.

Третья глава диссертации посвящена разработке методики определения степени локализации процесса ЭХО и ее характеристик.

Предлагается оценивать избирательность процесса путем проведения базового эксперимента на плоских образцах.

Если при ЭХО ступенчатого образца на участке выступа происходит выравнивание ступени от начальной высоты Д, до конечной - Лк, то одновременно на участке впадины идет процесс уменьшения МЭЗ от а0 = Д, ^ а„ до ак = Лк -

+ av , то есть процесс выхода на установившийся режим. Время выравнивания !,, ступени на участке выступа будет характеризовать на участке впадины время достижения установившегося зазора а с погрешностью Д.

Таким образом задачу выравнивания ступени от Д до Д. при ЭХО ступенчатого образца можно свести к задаче изменения МЭЗ от а„ -- Д - а.,, до а, -= Д. - я,, при ЭХО плоского образца.

В последнем случае введено понятие "условной ступени"', равной

4*л ~ а - ау (Аоус1 = а 0-ау, Акусл = а к- ау ). (3)

Величина Лк означает погрешность достижения av. Снятый с плоского образца слой металла 2 будет соответствовать Zmm при ЭХО ступенчатого образца и его можно рассчитать по формуле

Znini У1« Ак.уа ~ Д). к'-' ■ '"О

По результатам ЭХО при V - const плоского образца снимается зависимость а j(i) и определяются время („ и припуск Z = Z„„„.

По результатам ЭХО плоского образца строится зависимость Avc:4YZ„,„,j, что соответствует зависимости A=f(ZmJ при ЭХО ступенчатого образца.

Предложенная методика проверена экспериментально.

Используя предложенную методику, определялось влияние скорости подачи электрода-инструмента на время 1в выравнивания ступени и снимаемый припуск Z.

Электрохимическая обработка проводилась при постоянных стабилизированных режимах со скоростями подачи катода-инструмента 0,52; 0,6; 0,7 мм/мин. Обрабатывались образцы из сплава ЖС6КП. По данным экспериментов строилась путем пересчета по схеме плоского образца зависимость X = f(t) (рис.1).

По графику X = j(t) можно определить в данный момент времени t, "условный" съем по выступу 2тахЛ , съем по впадине Z, и высоту ступени Д, а также время выхода на установившийся режим ta . Прямая съема .металла в установившемся режиме С соответствует съему металла ступенчатого образца по выступу. Точка ее пересечения с линией съема металла по впадине d будет соответствовать снятию ступени. Совокупность точек, полученных при различных скоростях подачи ЭИ, составляют кривую b , позволяющую определять выходные технологические параметры для промежуточных и близких V без проведения дополнительных экспериментальных исследований.

Предлагается получать зависимость Avcl^f(Zm„j в широком диапазоне скоростей подачи катода-инструмента из зависимости скорости анодного растворения материала от межэлектродного зазора Va = f(a).

Как будет далее указано, зависимость Уа = Да) можно получить по результатам базового эксперимента из зависимости а = f(t) при неподвижных

электродах. $

В; о - V = 0.52 мм/ mihi. • - V = 0,6 мм/ mihi, х - V = 0,7 мм/ мим

Зная характер изменения скорости анодного растворения металла от МЭЗ, можно определить какой съем материала Z за время м, — 0 будет на ступени Д и на впадине а„и, что позволяет получить необходимую для оценки локализации процесса ЭХО зависимость Лу„^/(2т1^.

Для получения зависимости Лкл !)'(2тт) необходимо решить следующую систему уравнений, которая записывается с использованием метода Рунге-Кутга в виде: Д/, ау Га -Да)

¡, = (У-Уи(аО)Ы и = (V- Уа {а, - 2)) м ¡з = (У-Уа (а, - 21гШ &

= а, - (¡1 1} - 1}). 6 (5)

Ь = Уа(а,) а Ь = Уа(а1 м Ь = К,(а, и2 -J|) Л/ 2min.iv/ = 2т„ц ~ 01 ~ -Мг ~ ¿з) 6 Здесь Д/ - промежуток времени, в течении которого межэлектродный зазор для рассчитываемой кривой изменится от я,./ до а,; I/ Ь, 1з, Jз - переменные;

При выборе оптимальных режимов электрохимического формообразования технологам-электрообработчикам необходимо знать в первую очередь слой металла, снимаемый при выравнивании ступени Д, в области большего МЭЗ, т.е. по впадине 2. В случае ЭХО плоского образца 2тт^2, Д> ■'-"Х. хсл Поэтому технологически более приемлемыми на наш взгляд являются коэффициенты локализации в виде отношений 2т1П! А0 или АЛ2тт. Коэффициент в виде

7 7

К, =_±>а_й;±Е1- (6)

" А. "Д. \

определяет припуск по впадине, т.е. минимальный припуск, снимаемый на один миллиметр выравниваемой ступени. При максимальной степени локализации режима 2т„ = 0 и К7 = 0, а при минимальной Ак = 4, и К2 — ос. Коэффи-

С ТОЮ ГП1П

циент К7 удобнее называть коэффициентом минимального припуска. Отношение

(7)

определяет высоту ступени, выравниваемую на каждый миллиметр 2тт. Это отношение можно называть коэффициентом выравнивания. Он будет изменяться от нуля при наименьшей локализации процесса до бесконечности - при наибольшей.

В четвертой главе исследуется обрабатываемость "лопаточных" материалов.

При расчетах электрохимического формообразования фасонных поверхностей пера лопаток ГТД, штампов, пресс-форм искомыми величинами являются межэлектродные зазоры. Предлагается оценивать обрабатываемость материалов с помощью зависимостей межэлектродного зазора от времени обработки и плотности тока а=/(1,]) при ЭХО неподвижными электродами, скорости анодного растворения от МЭЗ и плотности тока

Для подбора режимов ЭХО, обеспечивающих повышенную точность электрохимического формообразования, предлагается использовать зависимость исходной неравномерности припуска от его минимального значения Л=[(7тп) и полученные из нее коэффициенты выравнивания Кв и минимального припуска К-,

шш

С использованием указанных характеристик проведены исследования обрабатываемости сплавов ВТб, ВТ8, ЭП718 в электролитах на основе ЫаС1, МаЫОз и КаС104 при ЭХО на импульсном токе, постоянном токе и с введением в электролит сжатого воздуха. Исследовалась обрабатываемость сплава ЖС6У при ЭХО на постоянном токе

По результатам проведенных экспериментальных исследований на импульсном токе сделаны следующие выводы я рекомендации:

- Введение при ЭХО в элеетролит сжатого воздуха существенно не изменяет шероховатость обработанной поверхности исследованных материалов. Локализация процесса изменяется пропорционально давлению воздуха.

- При ЭХО титановых сплавов ВТ6, ВТ8 по схемам с введением в электролит сжатого воздуха и без введения воздуха в широком диапазоне плотностей тока из исследованных электролитов целесообразнее применять составной электролит 5% НаЬГОз + 5% МаС1 - Н20, обеспечивающий существенно меньшую шероховатость поверхности и наибольшую степень локализации процесса, а следовательно, и наибольшую точность ЭХО. Однако при этом наблюдается меньшая производительность.

- При ЭХО стали ЭП718 по схемам с воздухом и без него с целью обеспечения повышенной точности целесообразнее применять в качестве электролита 10-20% КаКОз. При этом шероховатость получается несколько выше, чем в 10-ти процентном ЫаС1.

По результатам ЭХО на постоянном токе сделаны следующие выводы-рекомендации:

- При ЭХО стали ЭП718 на постоянных стабилизированных режимах целесообразнее применять электролит 5, 10% ЫаЫОз. Эти электролиты обеспечивают наибольшую локализацию процесса, а следовательно, большую точность ЭХО. Однако при этом наблюдается меньшая производительность и большая шероховатость поверхности.

Введение в электролит воздуха значительно повышает степень локаппза ции процесса, но пропорционально уменьшает производительность. Сравнени с результатами ЭХО на импульсном токе не показало заметной разницы.

- При ЭХО сплава ВТ8 применение постоянного тока для электролита 5° №>Юз + 5% №01 + Н2О по сравнению с импульсным током практически т повлияло на степень локализации и производительность процесса.

- Электролиты 20% ЫаМ03 и 10% ЫаС1 при ЭХО сплава ЖС6У имею-примерно равную производительность. Раствор ЬгаС1 обеспечивает примерно 1 1.1....1.2 раза меньшую шероховатость обработанной поверхности.

В пятой главе приведена методика расчета электрохимического формо образования с учетом обрабатываемости материалов.

Метод локально-одномерного приближения предполагает применение 1 качестве основного расчетного соотношения уравнение изменения МЭЗ в электрохимической ячейке (1).

При решении данного уравнения для учета обрабатываемости материалоЕ используется зависимость скорости анодного растворения металла \'а от межэлектродного зазора а Уа =}'(а). В этом случае, учитывая К, = А-а, уравнение (1) запишется в виде:

§ = Ув(°)-У. (8)

При расчете размеров рабочего профиля КИ необходимо провести эксперименты, охватывающие диапазон образующихся межэлектродных зазоров. Для выбранных режимов ЭХО сначала определяют зависимости Уа^/(а) и далее с учетом этих зависимостей решают уравнение (8).

При выполнении базового эксперимента по схеме ЭХО с неподвижными электродами (V = 0) исходной информацией для расчета является экспериментальная зависимость в виде отдельных точек. В этом случае расчет зависимости ¥а =/(а) производится в следующей последовательности:

а) Аппроксимация экспериментальной зависимости а = /(у.

б) Определение значений соответствующих отдельным значениям межэлектродного зазора а1.

в) Аппроксимация зависимости V,, /(а).

Иногда по тем или иным причинам условия проектируемой операции не могут быть воспроизведены, т.е. базовый эксперимент вынуждены проводить при режимах, отличающихся от режимов проектируемой операции. В этом случае исходная экспериментальная зависимость должна быть скорректирована, т.е. приведена к условиям проектируемой операции. Например, пусть напряжение на электродах для проектируемой операции а напряжение на электродах для базового эксперимента II \]2.

Переход осуществляется шагами по формуле

ю

С, I,

а, -а,

где I - номер расчетного шага; а["' и - значение межэлектродного зазора в /ом расчетном шаге при напряжениях на электродах (У - ГУ/ и I/ =112 ;

к = —^; и„ - суммарное падение напряжения в приэлектродных слоях и

01сисных пленках; У'а'- - значение Уа для кривой, полученной в базовом эксперименте; Д/, - /-ый шаг по времени.

Определив требуемую зависимость а ^[(1) для V = и и далее, расчет функции Уа = /(а) проводим в той же последовательности (п.п. б, в).

Для решения задач ЭХ формообразования предлагается использовать семейство кривых а=/(1) при разных скоростях подачи электрода-инструмента.

Расчет каждой кривой семейства сг-/^ производится по формуле (8). Уравнение (8) решается методом Рунге-Кутта третьего порядка, так как формулы для а являются точными при Уа(а, у = 1, Г2, Г*. В нашем случае Уа(а,1)^1. Для достаточное число раз дифференцируемой функции Уа(а, I) локальная ошибка усечения имеет порядок 0(Дх4) при Дх—0. Следует отметить, что при Уа(аО У процесс ЭХО выходит на установившийся режим. Теоретически для достижения установившегося режима ЭХО необходимо бесконечно большое время. С достаточной для практики точностью можно принять, что процесс ЭХО выходит на установившийся режим, когда скорость подачи катода-инструмента будет отличаться от скорости анодного растворения металла не более чем на 2-5%. Следовательно, всем последующим /, будет соответствовать

Система уравнений для расчета семейства кривых а=/(1) при У=сопШ экончательно запишется в виде:

М„ Д У

Уа=/(при = У для остальных а, =ау Г1 = (Уа(аО-У,) Ы г2 = М/а, - и 2) -У<) ДГ Тз = (Уа(а,-21,-10-УОЫ

= а, т (1,-412-10/6 (10)

= и - Д/

Здесь д/ - промежуток времени, в течении которого межэлектродный за-юр для рассчитываемой кривой изменится от а,./ до а,; У<и - значение Уа при

1 -а,\ ¡1 ¡2. /з - переменные.

и

Предложенная методика учета обрабатываемости материала проверялась при расчетах анодной поверхности после ЭХО катодом-инструментом полуцилиндрической формы.

Сравнивались результаты расчетов по предложенной методике и известным методикам с экспериментом. Сравнительные исследования показали, наибольшую точность расчетов обеспечивает предложенная методика с применением экспериментальной зависимости Уа ~ ¡(а), учитывающей обрабатываемость материала и особенности режима ЭХО.

ВЫВОДЫ

1. Обзор известных исследований обрабатываемости материалов при ЭХО и расчетных методик локазал:

а. Известные характеристики обрабатываемости не в полной мере приемлемы при оценке ЭХО лопаток ГТД и их штампов. Требуется дальнейшее их совершенствование и изыскание новых характеристик.

б. Не достаточно всесторонне исследована обрабатываемость "лопаточных" сплавов. Необходимы дальнейшие исследования обрабатываемости "лопаточных" сплавов при различных схемах и режимах ЭХО.

в. Известные методики определения степени локализации процесса ЭХО достаточно сложны и трудоемки. Требуют совершенствования формулы для расчетов коэффициентов локализации.

г. Известные методы учета обрабатываемости материалов при расчетах электрохимического формообразования не достаточно точно описывают процесс и поэтому требуется дальнейшее их совершенствование.

Решению этих вопросов и посвящается данная диссертационная работа.

2. Разработана методика определения степени локализации процесса ЭХО, предложены ее характеристики.

Методика предусматривает проведение эксперимента на плоских образцах взамен ступенчатых, что в 2-3 раза позволило снизить трудоемкость и расход исследуемых материалов. Кроме того при ЭХО плоских образцов гидродинамический режим приближается к режиму ЭХО пера лопаток.

Методика предполагает использование схем ЭХО при неподвижные электродах и перемещающихся с постоянной скоростью.

Для количественной характеристики степени локализации процесса ЭХС предложено применять коэффициент минимального припуска и коэффициент выравнивания, которые с технологической точки зрения более наглядно харак теризуют процесс.

3. При ЭХО лопаток ГТД и их штампов наряду с производительность« процесса важной характеристикой обрабатываемости является избирательное^ процесса. Поэтому в качестве характеристик обрабатываемости предложено ис пользовать зависимости межэлектродного зазора от времени ЭХО и плотност!

ока и -1(11 ) при ЭХО неподвижными электродами и скорости анодного растворения от МЭЗ и плотности тока

Разработаны методики определения этих зависимостей, соответствующие лгоритмы и программы.

4. Исследована обрабатываемость ряда "лопаточных" сплавов при ЭХО на юстоянном и импульсном токах, с подачей сжатого воздуха и без него, с применением простых и сложных электролитов различной концентрации и темпе->этуры.

Даны рекомендации по выбору режимов ЭХО, обеспечивающих требуемую производительность, точность обработки и качество поверхности.

5. Разработана методика локально-одномерного расчета ЭХ формообразо-зания с учетом обрабатываемости материалов. Для учета обрабатываемости материалов в основное расчетное уравнение вводится экспериментально полученная зависимость скорости анодного растворения материала от МЭЗ Уа=/(а).

Разработаны алгоритмы и программы расчета семейства зависимостей '-!-/(() при разных скоростях подачи электрода-инструмента.

Рассмотрены примеры применения методики при расчетах формообразования криволинейных, наклонных и прочих поверхностей.

Сравнение расчетных и экспериментальных результатов показало достаточно высокую точность расчетов по предложенной методике.

6. Получены зависимости удельной электропроводности электролитов -растворов МаС1 и КаЫОз от концентрации, температуры, степени зашламлен-ности и режима прокачки. '

7. Результаты выполненных исследований использованы при внедрении электрохимической размерной обработки пера лопаток компрессора повышенной точности и гравюр штампов лопаток.

Разработанные методики внедрены также в учебном процессе для студентов машиностроительных специальностей.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Каримов А.Х., Александров Я.И., Минуллин М.С. Измерение электропроводности стационарного и проточного электролита при ЭХО материалов // В сб. "Электрохимические и электрофизические методы обработки материалов о авиастроении'' Казань, 1991. С. 17-19.

2. Каримов А.Х., Ахметгалеев А.Х., Лебедков Ю.А., Минуллин М.С. Математическая модель и методика расчета технологических параметров процесса ЭХРО пера лопаток ГТД в воздушно-электролитных смесях / В трудах научно-технической конференции "Технологические проблемы производства Л Л и двигателей". Казан, гос. техн. ун-т. Казань, 1994. С. 23.

в

3. Минуллин М.С., Каримов А.Х. Алексадров Я.И. Измерение электро проводности на работающем станке для ЭХО материалов / Тез. докл. обл. науч ной конф. "Актуальные проблемы современной химии''. Куйбышев. 1989. С 124-125.

4. Минуллин М.С., Каримов А.Х., Александров Я.И. Измерение электро проводности электролитов для ЭХО материалов / В трудах респ. научно технической конф. "ЭФЭХО-89", г.Казань, 1989. С. 15-17.

5. Минуллин М.С., Каримов А.Х., Александров Я.И. Влияние шламосо держания электролита на его электропроводность / В тр.1У Всесоюзных Тупо левских чтений "Актуальные проблемы авиастроения''. Казан, авиац. ин-т г.Казань, 1990. С. 8-9.

6. Минуллин М.С., Каримов А.Х., Александров Я.И. Изучение свойгп электролита при ЭХО сплавов ЖС6КП и ЭИ598 / В трудах респ. научно-технической конф. "ЭФЭХО-90", г.Казань, 1990. С.20.

7. Минуллин М.С., Каримов А.Х., Александров Я.И. Использование численных методов для изучения шламообразования при ЭХО сплавов на никелевой основе / Тез. докладов научн. конф. студентов и преподавателей вузов ТССР. Казан, авиац. ин-т. Казань. С .24.

8. Минуллин М.С., Каримов А.Х., Александров Я.И. О возможности расчета гидрато-шламо-образования при ЭХО сплавов ЖС6КП и ЭИ598 / В трудах респ.научно-технической конф. "ЭФЭХО-9Г', г.Казань, 1991. С.13.

9. Минуллин М.С., Каримов А.Х. Методика определения степени локализации процесса ЭХО / В трудах У Межреспубл.Туполевских чтений "Актуальные проблемы авиастроения". Казан, авиац ин-т. Казань, 1992. С.29.

10. Минуллин М.С., Алман А.И., Каримов А.Х. Оценка локализации режима ЭХО / В трудах респ. научно-технической конф. "ЭФЭХО-92", г.Казань, 1992. С. 29.

И. Минуллин М.С., Каримов А.Х. Зависимость удельной электропроводности от параметров ЭХО / Тез.докл. Всероссийской научно-технической конф. "Гагаринскиечтения", Москва, 1993. С. 9-10.

12. Минуллин М.С., Каримов А.Х. К определению режимов ЭХО повышенной точности формообразования // Изв. вузов. Авиационная техника. 1994. №3. С. 107-108.

13. Минуллин М.С., Басов B.C., Лавриненко О.В., Ахметгалеев А.Х., Каримов А.Х. Исследование съема металла и шероховатости поверхности при ЭХО сплава ЖС6У / В трудах городской научно-технической конференции "ЭФЭХО-94". Казань, 1994. С.6.

14. Минуллин М.С., Каримов А.Х. Методика определения степени локализации электрохимического формообразования / Тезисы докладов научной конференции "Гагаринские чтения". Москва, 1995. С. 128-129.

15. Минуллин М.С., Каримов А.Х., Лебедков Ю.А. Об оценки обрабатываемости материалов при электрохимической размерной обработке / В трудах

Российской научно-технической конф. "Технологические проблемы производства ЛА и двигателей". Казан, гос.тех. ун-т. Казань, 1995. С. 28.

16. Минуллин М.С., Каримов А.Х. Учет обрабатываемости материалов при расчетах электрохимического формообразования лопаток ГТД / В трудах Российской научно-технической конф. "Теория и технология электрохимической обработки". Уф. гос. авиац. тех. ун-т. Уфа, 1996. С. 4.

17. Минуллин М.С., Басов B.C., Лавриненко О.В., Каримов А.Х. Обрабатываемость сплава ЖС6У электрохимическим способом // Изв.вузов Авиационная техника,' 1996. № 2. С. 110-111.

13. Минуллин М.С., Каримов А.Х., Вахитов Ю.Б., Алман А.И. Импульс-но-циклическая ЭХО пера двухполочных лопаток статора компрессора ГТД // Изв.вузов. Авиационная техника, 1996. № 3. С. 101-103.

19. Минуллин М.С., Каримов А.Х., Лебедков Ю.А. Расчет электродов инструментов с учетом обрабатываемости материалов / В трудах Ш Международ научно-технической конференции "Поверхностный слой- 96", Гожов Влкп, Польша, 1996. С. 244-247.

20. Минуллин М.С., Каримов А.Х. Учет обрабатываемости материалов при расчетах электрохимического формообразования / Тезисы докладов научной конф. "Гагаринские чтения", г.Москва, 1996, С. 118-119.