автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.04, диссертация на тему:Интенсификация процессов абразивно-экстузионной обработки деталей летательных аппаратов

^ ^^ Левко Валерий Анатольевич

На правах рукописи

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ АБРАЗИВНО-ЭКСТРУЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

05.07.04 - Технология производства летательных аппаратов

Ав тореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск, 1998

Работа выполнена на кафедре "Технология машиностроения" Сибирской аэрокосмической академии (CAA) им. академика Решетнева.

Научный руководитель: к.т.н., профессор С.К.Сысоев

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор В.В.Стацура

кандидат технических наук, В.В.Богданов

Ведущая организация: ГП Красноярский машиностроительный завод

Защита состоится "¿4" НслЪиЛ 1998 г. в_час._мин. на заседании

диссертационного совета К.064.46.02 Сибирской аэрокосмической академии.

Ваш отзыв в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, просим направлять по адресу: 660014, Красноярск - 14, пр. им. газеты "Красноярский рабочий", 31, Сибирская аэрокосмическая академия им. академика Решетнева.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке CAA.

Автореферат разослан "Ü4" OKwbxfyid- 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Кандидат технических наук, профессор

В.А.Курешов

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Физико-технологические особенности абразивно-'кструзионной обработки (АЭО) определяют рациональность ее применения в гсловиях повышенных требований к качеству поверхностного слоя и характеру иероховатости деталей летательных аппаратов (ЛА), которое влияет на проч-юсть, надежность и работоспособность отдельных деталей и изделий в целом. В о же время эти особенности характеризуют АЭО как сложный процесс абразив-гой обработки (АО), реализуемый течением в обрабатываемом канале рабочей реды (РС), наполненной абразивными зернами (АЗ).

Анализ работ, касающихся внедрения процесса АЭО в производство показал, гго при АЭО каналов большой длины или с переменной формой поперечного ечения качество обработанной поверхности неоднородно из-за значительного вменения характера течения РС. Для АЭО труднообрабатываемых поверхно-тей характерна низкая производительность. Несовершенство разработанных ежимов АЭО и составов РС сдерживает широкое применение данного процесса технологии производства деталей ЛА.

Одним из путей интенсификации процессов АЭО является регулирование со-тава и характера течения РС. В связи с этим главной проблемой является создаете высокопроизводительного процесса АЭО, который позволил бы отказаться т применяемых в настоящее время менее эффективных способов финишной об-аботки (ФО).

Целью работы является обеспечение требуемой шероховатости сложных ка-алов деталей ЛА.

Методы исследований.

Экспериментальные исследования характеристик РС проводились с использо-анием метода капиллярного вискозиметра. Характер течения РС через каналы с азличными сечениями исследован с применением киносъемки. Для определения птимальных составов РС и параметров процесса использованы теоретические редпосылки, основанные на моделях течения вязко-упругих сред. При проведе-ии экспериментальных работ использованы математические методы планирова-ия экспериментов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

разработана гипотеза об интенсификации процесса резания активными абра-таными зернами при течении сред, наполненных абразивом различного зерно-эго состава;

получены математические модели, связывающие параметры качества поверх-эстного слоя с комплексом технологических факторов и позволяющие назначать 2жимы АЭО для отделки сложнопрофильных и труднодоступных каналов дета-гй ЛА;

выявлено влияние конструкторских элементов обрабатываемых деталей на характер течения абразивных РС и установлено, что в некоторых случаях при движении абразивного "жгута" возникают застойные зоны, где нарушаются условия резания активными абразивными зернами;

разработаны новые способы обеспечения равномерности процесса резания активным абразивным зерном вдоль обрабатываемого канала за счет выравнивания скоростей абразивного потока по его сечениям и создания противодавления РС на выходе;

впервые определены величины коэффициентов начальной динамической вязкости |До в широком диапазоне давлений и составов РС, используемых для расчета расхода и скорости абразивного потока.

Практическая ценность работы состоит в следующем: разработана методика и устройство, с помощью которых определены численные значения коэффициентов вязкости РС при АЭО;

определены безразмерные коэффициенты £кв, позволившие охарактеризовать величину потерь давления в каналах различных форм;

предложен способ обработки комплексными РС, интенсифицирующий процесс АЭО труднообрабатываемых поверхностей;

спроектированы и изготовлены устройства для выравнивания условий обработки в каналах с переменным сечением, позволившие интенсифицировать процесс АЭО таких каналов;

модернизация системы противодавления течению РС в обрабатываемом канале обеспечило выравнивание условий обработки по его длине;

разработаны и использованы новые составы РС, включающие в себя абразивные зерна (АЗ) различных размеров, содержание которых рассчитывается по предложенным зависимостям. Апробация работы.

Материалы диссертационной работы докладывались на научно-техн. конф. "Проблемы механической обработки машиностроительных материалов", Красноярск, 1989, на конф. "Проблемы интеграции образования и науки", Москва, 1990, на конф. "Повышение качества изготовления деталей машин методами отделоч-но-упрочняющей обработки", Пенза, 1991, на научно-техн. конф. " Материалы, технологии, конструкции", Красноярск, 1995, 1996, на семинарах кафедры ТМС и научно-техническом совете (НТС) CAA.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ, в том числе получено 1 положительное решение на патент РФ, выполнен 1 отчет по НИР.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 179 страницах основного машинописного текста, в т.ч. содержит 63 рисунка, 28 таблиц и состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы из 164 наименований и приложения на 1 странице.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, приводится общая харак-еристика проблемы, определяется цель работы и задачи исследования.

В первой главе рассмотрены особенности ФО поверхностей сложных кана-юв деталей JIA. Формообразование криволинейных поверхностей проводят мо-(ельным литьем, электроэрозионной обработкой, штамповкой или специальными ¡стодами фрезерования. Полученные таким образом поверхности имеют дефект-[ый слой, характеризующийся высоким уровнем остаточных напряжений, де-)ормационного упрочнения (наклепа) и микронеровностей поверхности, что не-ативно влияет на сопротивление усталости и прочность деталей JIA. Шерохова-ость поверхности не имеет направленного характера, что сказывается на работо-пособность деталей для подачи компонентов топлива.

Применение операций ФО направлено, в первую очередь, на решение этих адач, с соблюдением заданных допусков на точность геометрических размеров брабатываемой детали. Для ФО деталей JIA применяют электрохимическое шифование (ЭХШ), электрохимическую обработку (ЭХО), а также виброабра-ивную (BAO), турбоабразивную (ТАО), гидроабразивную (ГАО) и абразивно-кструзионную обработки (АЭО).

В этих способах в качестве инструмента используется поток электролита либо сидких, уплотненных или вязко-упругих сред, несущих рабочие элементы, кото-ые при перемещении вдоль обрабатываемой поверхности вступают в контакт с е микронеровностями.

Применяемые способы обладают рядом особенностей и недостатков, которые ущественно ограничивают их технологические возможности при ФО деталей [А. Для ФО проточных закрытых каналов способ АЭО определен как наиболее адежный, производительный и технологичный по достижению требуемой шеро-оватости, по сравнению с другими видами абразивной ФО.

При АЭО не образуется дополнительный дефектный слой, как при ЭХШ и •ХО, а остаточные напряжения носят сжимающий характер. Однако при АЭО аналов деталей JIA с переменной формой поперечного сечения, каналов с мест-ыми сопротивлениями, каналов большой длины наблюдается неоднородность ьема металла, обусловленное особенностями течения РС при обработке. При ЭО термообработанных или полученных литьем поверхностей выявлена неостаточная производительность по достижению требуемого качества поверхно-гного слоя.

Проблема интенсификации процесса АЭО актуальна, т.к. в настоящее время з-за вышеуказанных недостатков в производстве JLA широко применяют детали э сборными рабочими лопатками, надежность которых меньше, чем у цельных.

Для ФО цельных деталей, в основном, используют малопроизводительную виброгалтовку или ЭХО, для которой характерна высокая трудоемкость изготовления оснастки, а также появление микротрещин травления поверхностного слоя обработанной детали.

Представлена классификация факторов АЭО, влияющих на качество и производительность обработки. В настоящее время при АЭО не используется наложение дополнительных магнитных и тепловых полей. Способ АЭО с наложением вибрации отличается высокой сложностью изготовления оснастки и меньшими, по сравнению с базовым способом, рабочими давлениями.

Рассмотрены основные проблемы, возникающие при АЭО деталей ЛА, а также применяемые физические модели процессов течения РС и микрорезания единичным АЗ. Используемые в настоящее время способы АЭО и составы РС не позволяют обеспечить в рассмотренных каналах требуемое качество поверхностного слоя.

Намечены пути интенсификации технологического процесса АЭО в производстве ЛА за счет регулирования условий течения и состава РС. Обоснована актуальность работы, сформулирована цель и задачи исследований.

Во второй главе рассмотрены теоретические предпосылки интенсификации процесса АЭО, как одного из методов АО, заключающегося в снятии слоя материала с поверхности обрабатываемого канала при массовом контакте активных АЗ среды с неровностями обрабатываемой поверхности.

На образование шероховатости при всех видах механической обработки оказывают существенное влияние следующие факторы: Ь1 - геометрия рабочей части инструмента и кинематика его рабочего движения; Ь2 - колебательные перемещения инструмента относительно обрабатываемой поверхности; Ь3 - упругие и пластические деформации обрабатываемого материала в зоне контакта с рабочим инструментом; 1ц - шероховатость рабочей части инструмента и вырывы частиц обрабатываемого материала:

112 = 11!+ 112+113+ 114, (1)

Процесс АЭО имеет характерные особенности, выделяющие его из всех методов АО. Малые величины скоростей течения РС обуславливают относительно низкие скорости резания. Зависимость скорости резания и величины удельного давления АЗ на обрабатываемую поверхность от длины канала и формы его поперечного сечения вызывают неоднородные условия обработки.

Изменение условий закрепления АЗ определяет вид контакта с обрабатываемой поверхностью. Основной съем материала осуществляется вершинами микро-и субмикровыступов АЗ, которые имеют значения самостоятельных режущих элементов.

Определение величины шероховатости обработанной поверхности для АЭО роведено для случая канала с круглым поперечным сечением, постоянным по сей его длине.

С учетом вышеназванных особенностей для АЭО составляющая hi будет меть вид:

r(l-coscp) + sin(p-[coc -coscp-^/oic -sin9(2r-roc -smtp)]

=5 -, (2)

cosy

где у - передний угол выступа АЗ; Ф - фактический угол резания АЗ; г - радиус скругления режущего элемента; сос -средняя скорость РС при АЭО (2юс = со*).

Для определения величин у и ср силы трения Т' и нормальной силы дейст-ующих на переднюю поверхность субмикровыслупа АЗ при АЭО, использованы ависимости, характеризующие силы резания при шлифовании единичным зер-ом, с учетом того, что передние углы резания у при этом - тупые.

Численные значения величин Т" и № определяются характером течения РС в брабатываемом канале и могут быть определены по соответствующим зависи-гостям.

Зерно при резании находится в закрепленном состоянии некоторый момент ременн е. При выходе из контакта с обрабатываемой поверхностью АЗ при дви-сении вращается с некоторой частотой \у. Это обеспечивает самозатачивание РС, а счет смены режущих кромок выступов АЗ.

Известно, что при течении вязко-упругих сред центральная часть потока, на-ываемое "ядром", движется как жесткий недеформируемый стержень, окружений слоем деформирующейся среды. Величина радиуса "ядра" г„ наряду с возни-ающими при течении нормальными и касательными напряжениями в основном : определяют условия механической обработки АЗ при АЭО, особенно степень акрепленности единичного активного АЗ.

Для АЭО величина скорости "ядра" юя в круглом канале с неизменным сече-ием получена из зависимости, определяющей скорость течения любых несжи-саемых аномально-вязких сред по оси канала. В интервале 0 < г < г2, где г - ра-иус рассматриваемого слоя, РС течет как твердое тело и его скорость при усло-ии прилипания на стенке определяется по формуле:

(О

Ь ) \с

п

(3)

где Я - радиус канала, м;

Но- начальная вязкость, Па-с; п - индекс течения;

АР - общее падение давления по длине цилиндрического канала, Па; Ь - длина канала, м.

Преобразованием равенства (3) получена формула для расчета радиуса "ядра" прип=1:

Определение значении соя возможно только после выявления величин (До при постоянном входном давлении Р„х и температуре РС.

Для определения численных значений коэффициента цо РС методом капиллярного вискозиметра применена преобразованная формула Пуайзеля, описывающая ламинарное течение в круглых трубах.

На составляющую профиля Ь2 при АЭО оказывают влияние колебательные контактные перемещения единичных зерен, обусловленных разностью сил, действующих на них.

При АЭО в зоне контакта АЗ с неровностью обрабатываемой поверхности имеют место упругие, упруго-пластические и пластические деформации, а также относительный сдвиг снимаемого слоя материала, которые обуславливают третью образующую профиля шероховатости Ь3.

Величина субмикровыступа АЗ в зависимости от его материала, формы и размеров, меньше на 2...3 порядка, чем само АЗ. Практически, на такие же величины значение поперечной площади царапины от субмикровыступа £ и толщина снимаемого слоя ах в точке х меньше, чем и ах при шлифовании. Шероховатость субмикровыступа меньше еще на порядок. Следовательно составляющая 114 будет в среднем на четыре порядка меньше размера АЗ.

Основное влияние на параметры шероховатости при АЭО оказывает составляющая Ь]. Степень влияния составляющих Ь2 и Ь3 незначительна, а составляющей 1ц - минимально. Тогда шероховатость поверхности Иг от одного АЗ при АЭО определится из уравнения:

(4)

= ы /(1-С05(р) + 5Ц1ф[(Рс •С05ф-л/(йс -5Шф(2г-@с -5Шф)]

соэу

где - количество циклов перепрессовывания РС.

Количество активных абразивных зерен N„3 найдено из соотношения:

К, = трс-Кап-КЕ,(Ва) Ва(2К~Ва) ? ^ (6)

К

где трс - масса РС, кг;

Ва - величина абразивного зерна, мм;

К - радиус обрабатываемого канала, мм;

Кап - отношение массы АЗ в РС к общей массе РС;

К0(Ва) - коэффициент зависимости содержания АЗ в единице массы абразива от их величины Ва.

Для РС характерна значительная зависимость Цо, нормальных напряжений С,0 : п от их молекулярно-массового распределения (ММР), а также от степени на-олненности РС твердыми АЗ, величины прикладываемого давления и темпера-уры. Варьируя состав РС, возможно подобрать такое сочетание ее компонентов, оторое обеспечило бы наилучшие условия обработки.

Нами экспериментально подтверждено, что при увеличении до определенного качения (до 75%) концентрации Ка абразива в РС или его размеров Ва возрас-ают ММР среды, градиент скоростей и размеры "ядра" потока.

Наибольшая степень наполнения РС абразивом достигается при использовали нескольких размеров АЗ. При этом повышается работоспособность РС. Они тановятся комплексными относительно состава АЗ. Крупные зерна играют роль ;ентров, вокруг которых группируются более многочисленные зерна меньших азмеров.

При предварительной оценке технологических свойств РС обычно использу-зтся величины Ка и Ва. Для сравнительных исследований свойств комплексных : однородных РС применены среды с одинаковыми значениями Ка и Ва. Причем дя комплексных сред величина Ва' является средней приведенной и рассчитается по формуле:

ш

Ва =£Ва;-Ка1, (7)

где Bai - величина размера A3 i-й величины, мкм;

Ка; - содержание i-й величины размера в составе A3, принимаемое в пропорциональном соотношении к 100% содержанию; m - количество величин размеров A3, входящих в PC.

Содержание A3 в единице массы в зависимости от его величины имеет экспоненциальную зависимость. Расширяя диапазон размеров одновременно используемых A3 как в большую, так и в меньшую стороны от среднего Ва, возможно увеличить содержание зерна в PC при неизменных значениях Ка и Ва. Аналогична зависимость и для концентрации зерна каждого использованного размера.

В количественном отношении величина экспоненты для каждого размера Bai может быть выражена коэффициентом Кв, отражающим степень влияния данного размера на среднюю приведенную зернистость. Значением KBi для конкретного размера зерна является отношение суммы величин Ва всех использованных в среде размеров зерна к величине этого размера. Процентное содержание каждого размера Kai можно получить, умножив KBi на 100:

В комплексной РС, состав которой рассчитан по предложенной зависимости (8), возможно обеспечить такое сочетание Ка' и Ва', при котором увеличение радиуса "ядра" и степень взаимодействия рабочих зерен друг на друга, а также количество абразивных зерен Кю в РС будут максимальными.

На графике (рис.1) показано содержания абразивных зерен Ккз в одном килограмме нормального элекгрокорунда от величины абразива Ва как однородной РС, так и комплексной РС. Кю комплексной РС больше, чем Ккз однородной на 25...35 %, что подтверждает выдвинутое ранее предположение. Применение формул (3) и (4) при расчете режимов течения РС при АЭО криволинейных каналов не дает истинных результатов, т.к. не учитывает влияния местных сопротивлений и зависимости продольного градиента давлений от длины канала.

Рассмотрено влияние местного сопротивления и конфигурации геометрии потока на характер течения РС. Для устранения неоднородности обработки, вызванной переменной формой сечения канала, предложено использование выравнивающих устройств.

Ккз, шг-105/кг

о -I---- Ва, мкм

320 400 500

—•—комплексная ГС —■— Однородная РС

Рис. 1. Зависимость количества абразивного зерна в комплексной и однородной РС от его величины Ва.

Для устранения неоднородности обработки, вызванной большой длиной кана, рекомендовано применение системы противодавления.

Рассмотрен случай течения РС в кольцевом канале, характерный при исполь-вании выравнивающего устройства, а также приведены коэффициенты, учиты-гощие изменение расхода и градиента скорости на стенке канала в данном учае, по сравнению с течением в цилиндрическом канале.

Так отношение между расходами в цилиндрическом Оц и кольцевом С>к кана-х выразится коэффициентом

Y Q

1

у

(п + 3) • П(п, р)

(9)

Р J (п + 2)

где р - отношение большего и меньшего радиусов кольцевого канала; D(n, р) - значение функции для кольцевого зазора, зависящей только от п и р. Отношение между градиентом скорости на стенке цилиндрического у„ и »льцевого ук каналов выразится коэффициентом v|/r:

Р . (10)

р

Для расчета расхода и градиента скорости потока в кольцевом канале величии расхода и градиента скорости в цилиндрическом канапе умножаются на эти эправочные коэффициенты.

В третьей главе приведены результаты исследования процессов АЭО, в частности, влияние формы сечения канала и местных сопротивлений (27 видов) на течение РС. Качественная картина течения получена киносъемкой. Рассмотрены характерные особенности течения РС, места образования отрыва РС от стенок каналов и образование застойных зон.

Подтверждено, что при обтекании имитатора наклонной прямолинейной лопатки со скругленной вершиной РС находилась в контакте со всей поверхностью (рис.2), а при истечении из отверстия малого диаметра наблюдалось эластичное восстановление струи, подтверждающее наличие нормальных напряжений в РС (рис.3). Определено, что в застойных зонах после АЭО неравномерность шероховатости поверхности в 1,5...2 раза выше, чем в среднем по всему каналу.

Рис.2. Течение РС через криволинейный канал при АЭО.

Рис.3. Течение РС через отверстие малого размера с упругим восстановлением струи на выходе канала

Впервые определены безразмерные коэффициенты £ м, характеризующие величину потерь давления в каналах различных форм при АЭО, а следовательно и изменение удельного давления на обрабатываемую поверхность. Для конусных каналов % м = 20.0...23.5; для каналов с малым входным сечением различной конфигурации^ м = 8.4.. .10.0; для каналов с лопатками §м= 1.8 ...2.1.

Установлено, что при течении РС в каналах не наблюдалось образование вихрей возле стенок, но при истечении РС из канала их проявление было заметным.

Для интенсификации процесса АЭО рекомендовано применение специальных направляющих аппаратов и внутренних выравнивающих тел, которые обеспечивают изменение направления штока на входе и выходе из канала, а также обеспечивающие равномерность расхода РС через любое сечение обрабатываемого канала.

Подтверждена гипотеза об увеличении в комплексных РС, содержащих в сво-а составе абразивные зерна различных размеров, их плотности р на 5... 10% , эличества абразивных зерен Ки на 5...30%, а также центральной недеформи-,гемой части потока на 10...30 %, по сравнению с однородными РС.

Это обусловлено увеличением молекулярно-массового распределения (ММР) 1бочей среды. Полученные комплексные РС с повышенным ММР характеризу-тся более упакованной структурой и высокой жесткостью, а также концентра-гей абразива Ка'. Применение РС с максимальным ММР позволит ингенсифи-фовать процесс АЭО без изменения давления Рвх и объема применяемой РС. го особенно важно для АЭО труднообрабатываемых деталей ЛА на существо щих установках, т.к. в настоящее время обработка таких деталей занимает гачительное время.

Разработанная методика определения численных значений начального коэф-ициента динамической вязкости Цо, используемых для расчета расхода РС для ЭО. В ходе экспериментов температура РС поддерживалась в постоянном ин-:рвале 23±2 С0, поэтому влияние температурного нагрева РС на ее свойства не гитывалось.

Проведенные исследования с использованием симплекс-планов позволили ус-новить такие составы комплексных РС, при которых достигаются экстремумы >эффициента начальной динамической вязкости цо, плотности р и количества ¡разивных зерен в единице объема Ккз, а также шероховатости обработанной >верхности. Выявлено, что экстремумы параметров Яа и цо находятся в одной шасти факторного пространства. При этом процентное содержание абразивных рен разных размеров в РС составило для Цо (Ка32о - 41.1 %, Ка^оо - 32.7 %, 15оо - 26.2%) и для Ел (Ка320 - 44.7 %, Ка400 - 30.8 %, Ка500 - 24.5 %) . Под-;ерждена гипотеза о возможности интенсификации процесса резания активным ¡разивным зерном с использования предложенного нами зернового состава мплексной РС.

Установлена степень влияния зернистости Ва' и давления Рвх на свойства РС, ггорая выражена математической моделью:

цо = -14495 + 126.4Ва + 3888РВХ- 0.269Ва2 - 153.8РВХ2 + 5.64ВаРвх. (11)

Определена величина данного коэффициента для сред различных составов = 16223...36892 Па с.

С возрастанием Рвх и Ва' среды комплексный коэффициент Цо уменьшается ис.4).Это обусловлено тем, что при увеличении скорости сдвига более инген-вно разрушается пространственная структура РС, эффективная вязкость ставится меньше, а касательные и нормальные напряжения больше.

Так для PC с Ва'40о при Рвх = 6 МПа коэффициент щ, = 36093 Па-с, а при Рвх = 9 МПа коэффициент цо = 24166 Па-с, т.е. уменьшается на 65...70 %. Уменьшение вязкости при увеличении градиента сдвига характерно для истинно тиксотроп-ных сред.

Но, Па-с

40000

35000

30000

25000

20000

15000

Рис.4. Зависимость коэффициента цо от зернистости Ва' среды и величины давления масла РЕХ в системе управления.

-♦—Ва 500 мкм

7,50

-Ва 400 4.....Ва 300

МКМ МКМ

Рвх, МПа

Расчетные значения скорости и размеров "ядра" потока РС в круглом канале показали, что с увеличением индекса течения п (3) скорость гя РС уменьшается (при Рвх = 6 МПа - ооа = 0.00546 м/с для п=0,7, шя = 0.00408 м/с для п=1), а га становится больше (при РЕХ = 6 МПа - гя =,0023 м для п=0,7, га =0.0037 м для п=1) . С возрастанием Рвх увеличивается скорость юя на 60...90%, а гя остается практически неизменным (уменьшается на 1...2.5 %).

Экспериментально определенный индекс РС при АЭО изменяется в интервале 0,7 < п < 1, т. е. подтверждено, что РС является истинно тиксотропной средой.

В четвертой главе разработаны рекомендации по интенсификации процесса АЭО каналов с переменной формой сечения от выбранных составов РС с использованием выравнивающих приспособлений и системы противодавления.

Отмечено, что изменение формы и площади сечения канала ведет к неравенству расхода РС в разных его участках.

6 5 4 1 2 3 7 6

Рис.5. Устройство для выравнивания канала с переменной формой сечения: 1 - образец; 2 - внутреннее тело; 3 - крышка; 4 -корпус; 5,7 - основания; 6 - переходник.

11а, мкм

0,45

0,35

0,25

10,00

-Ва 320 ■ мкм

-Ва 400 ■ мкм

Рис.6. График зависимости шероховатости 11а обработанной поверхности от зернистости среды Ва' и площади зазора Бзаз-

, мм

-Ва 500 мкм

Проведенные исследования процесса АЭО с использованием выравнивающе-I устройства выявили зависимость шероховатости обработанной поверхности и личины изменения диаметра отверстия ДБ в зависимости от зернистости Ва' I! и площади зазора Б^з между обрабатываемой поверхностью и внутренним лом (рис.6.):

1=-0.79 - 0.00016Ва'+0.03453аз+0.0000016Ва'2 - 0.0018заз2 + 0.00001Ва'8заз(12) Э = 25.535 - 0.097Ва' - О.ШБзаз + О.ОООПВа'2 - 0.0088заз2 + 0.0007Ва'8заз. (13)

Установлено, что при уменьшении площади зазора величина радиуса "ядра' потока, а следовательно и удельное давление РС на обрабатываемую поверхносп возрастает. Скорость течения потока при этом становится меньше. Для РС обладающих повышенной жесткостью, уменьшение до 17.5 мм2 и менее, значительно снижает ю0 и градиент скорости на стенке канала.

Требуемая однородная шероховатость 11а < 0.32 мкм поверхности исследуемых конусных каналов получена при АЭО средой Ва32о' при 83аз<17.5 мм2, г применение выравнивающего устройства при АЭО каналов с переменной формой сечения обеспечило равномерную обработку всей поверхности канала.

Несмотря на то, что расход РС в кольцевом канале уменьшается по сравнению с цилиндрическим в 1.2...6.4 раза, производительность АЭО возросла за счет увеличения количества активных АЗ (в 2...3 раза).

Для устранения влияния длины канала на условия обработки предложено уменьшать значение АР за счет создания регулируемого противодавления на выходе из канала. Уравнение (4) показывает, что уменьшение АР при неизменном значении Рвх увеличивает гя. Однако применяемые ранее системы не обеспечивали необходимых результатов.

Нами модернизирована система противодавления (рис.7) за счет раздельного управления каждой полостью рабочих цилиндров и введения дополнительной сливной магистрали, что обеспечило возможность регулирования давления РС на выходе из обрабатываемого канала.

При использовании такой системы противодавления получена более равномерная обработка всей поверхности РКЗ-профильного канала длиной 450 мм, чем при АЭО без противодавления (на 12...33%).

Полученные зависимости шероховатости поверхности от состава РС и величины РЕЫХ (12, 13), использованы для расчета технологических параметров при обработке деталей ЛА. Рекомендовано использование системы противодавления при АЭО каналов, имеющих отношение между длиной и площадью поперечного сечения Ь/Бк > 0.15. При меньшем отношение влияние градиента давления на обработку незначительно.

Проведены эксперименты по обеспечению шероховатости криволинейных лопаток при АЭО вентилятора (отливка из сплава ОТ4) в зависимости от количества циклов обработки 1ЧЦ и типа РС (однородные и комплексные). При этом состав комплексной РС определен из предложенной зависимости (8).

Для обеспечения равномерности обработки таких каналов предложено устройство, выравнивающее сечение канала по его длине (рис.5).Этим осуществлен переход от течения РС через местное сопротивление (конус) к течению в кольцевом канале.

Рис.7. Схема системы противодавления: 1,2- рабочие цилиндры; 3 - парораспределители; 4 - дроссель нагнетательной магистрали; 5 -дроссель сливной магистрали; 6 -дополнительная сливная магистраль.

Требуемая величина шероховатости 11а=0.63 мкм достигнута за 40 циклов репрессовывания РС через каналы вентилятора (при использовании комплекс-|й РС), т.е. производительность АЭО повысилась в 2 раза

При обработке сопла-насадка из легированной жаростойкой стали, имеющих ¡еле закалки твердость НЯСэ 40...45, установлено, что без выравнивающего »испособления требуемая шероховатость была достигнута только в цилиндриче-ой части. В конусной части шероховатость по длине канала изменялась от 1=0.35 мкм в сечении с минимальной площадью до Иа=1.25 мкм в максималь-1М по площади поперечном сечении. При АЭО сопла-насадка с выравниваю-им приспособлением, обеспечившим переход в конусной части канала к коль-вому зазору с сечением площадью 25 мм2, шероховатость 11а=0.25 мкм достиг-та по всей поверхности канала за 30 циклов. Время обработки составило 0...620 е., что меньше в 1,5 раза по сравнению с применяемой в производстве 1Нтиркой.

На основании разработанных рекомендаций созданы технологические процес-I АЭО оснастки на АО "КРАМЗ", деталей термопласгавтомата (СибНИИТМ), (-профильных каналов (Мосстанкин), внутренних поверхностей волноводов ПО ПМ), вентиляторов, крыльчаток, направляющих аппаратов (ПО "Мотор" г. .1бинск, ГП "Красмашзавод").

Основные результаты работы

1. Подтверждена возможность обеспечения требуемой по величине и направ лению шероховатости поверхности каналов деталей JIA за счет интен си фикаци i процесса АЭО путем изменения условий течения РС и взаимодействия абразив ных зерен с обрабатываемой поверхностью.

2. Исследовано течение РС в каналах различных сечений. Выявлены харак терные особенности течения, места образования отрыва потока РС от стенок ка налов и появления застойных зон. Определены безразмерные коэффициенты ме сгных сопротивлений ем, характеризующие величину потерь давления PC npi АЭО.

3. Разработаны математические модели и предложены три новых способа ин тенсификации АЭО деталей JIA:

- для каналов с термообработанными поверхностями или с низким качество! поверхностного слоя (сразу после литья, электроэрозионной обработки) исполь зование комплексных рабочих сред. В них в качестве рабочих элементов приме няют абразивные зерна различной величины, причем процентное содержали« каждого размера выбирается из предложенной зависимости. Комплексные РС обладают повышенной плотностью и жесткостью, большим содержанием абра зива и радиусом "ядра" потока.

- для каналов с переменной площадью и формой поперечного сечения исполь зование выравнивающих устройств. При этом характер потока РС в обрабаты ваемом канале изменяется от течения в местном сопротивлении к течению i кольцевом канале.

- для каналов большой длины применение системы противодавления. Созда ние противодавления рабочей среде на выходе канале при неизменном давленш на входе уменьшает градиент давления РС в обрабатываемом канале и увеличи вает "ядро" потока.

4. Для разработанных способов интенсификации АЭО были разработаны i внедрены новые технические решения:

- устройство для выравнивания условий обработки в деталях типа конфузор i дифузор;

- система противодавления с раздельным управлением каждой полостью рабочих цилиндров.

Данные решения прошли технологические испытания на ГП "Красмашзавод' и в СибНИИТМе, используются в лаборатории АЭО при CAA.

5. По способу АЭО комплексной РС получено положительное решение на патент РФ. Рассчитанные по предложенной зависимости составы РС внедрены i производство на АО КРАМЗ. Акт о внедрении прилагается в Приложении.

6. По предложенной методике впервые определены численные значения ко-)фициентов вязкости PC для АЭО.

7. В результате экспериментальных исследований уточнены теоретические за-шмости расчета технологических параметров АЭО, учитывающих влияние мплекса факторов на процесс обработки.

8. Лабораторные и производственные испытания разработанных способов ин-нсификации процессов АЭО подтвердили эффективность теоретических и 1актических решений.

По теме диссертации опубликованы работы:

1. Исследование, разработка и внедрение оборудования и технологии экстру-онного шлифования каналов в деталях. Отчет о НИР/ Краснояр. завод - ВТУЗ; ководитель Сысоев С.К., -№ГР01.87.006.1615; инв. № 0288.0054957, Красно-ск, 1988. - 225 с.

2. Левко В. А., Сысоев С.К.. Отделка сложных труднодоступных поверхностей Тез. докл. на конф. "Проблемы механической обработки машиностроительных ггериалов". Красноярск, 1989. с.28-30.

3. Сысоев С.К., Тимченко А.И., Левко В.А. Абразивно-экструзионная обра-тка РК-профильных отверстий // Тез. докл. на конф. "Проблемы интеграции разованияинауки". Москва, 1990. с.55.

4. Левко В.А., Сысоев С.К., Левко A.A. Абразивно-экструзионная обработка 1ямоугольных каналов волноводов миллиметрового диапазона // Тез. докл. на нф. "Повышение качества изготовления деталей машин методами отделочно-рочняющей обработки". Пенза, 1991. с.84-85.

5. Сысоев С.К., Тимченко А.И., Левко В.А. Технология отделки РК-офильных отверстий абразивно-экструзионной обработкой // Вестник машино-роения., 1991. №.1, с.65-67.

6. Сысоев С.К., Левко В.А. и др. Технология абразивно-экструзионной обрати! деталей: Инф. листок№ 531-91. Красноярск: ЦНТИ, 1991.

7. Левко В.А. Выбор сред для АЭО // Материалы, технологии, конструкции: ежвуз. сб. науч. тр., Красноярск: CAA, 1995. с. 125.

8. Заявка на патент РФ МКИ В 24 D 3/34. Рабочая среда для абразивно-струзионной обработки. / Левко В.А, Сысоев С.К., Скороделов Д.Б. 95110339. Пол. решение от 19.06.95.

Соискатель