автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Разработка процесса размерной комбинированной обработки деталей с использованием твердого токопроводящего наполнителя

На правах рукописи

дпо '.С^ч

ны КУЗОВКИН Алексей Викторович

*

РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССА РАЗМЕРНОЙ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТВЕРДОГО ' ТОКОПРОВОДЯЩЕГО НАПОЛНИТЕЛЯ

Специальность 05.03.0i - "Процессы механической и физико-технической обработки, станки и инструмент"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации ка соискание ученой степени кандидата технических наук

ВОРОНЕЖ 1996

- Работа выполнена на кафедре "Технология машиностроения" Воронежского государственного технического университета ' .

Научный руководитель:

- 'заслуженный изобретатель РСФСР, доктор технических наук, профессор Смоленцев В.П.

Научный консультант:

- кандидат технических наук, доцент Болдырев А. И.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кроха В.,А.

кандидат технических наук, доцент Шалимов Ю. Н.

Ведущее предприятие:

- Воронежский механический завод, г. Воронеж

Защита состоится "22" мая 1998 г. в 14 час. на заседании диссертационного совета Д 063.81.06 в Воронежском государственном техническом университете по адресу: 394026. г. Воронеж. Московский щюспект. 14. .

Ваш отзыв в двух экземплярах, заверенный печать» просим выслать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан "/л" апреля 1996 г.

Ученный секретарь диссертационного совета канд. техн. наук; доцент

I

Болдырев А.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время существует широкая номенклатура деталей сложной формы, требующих разработки новых технологических процессов для их эффективней обработки. Агрегата и узлы авиационной и ракетно-космической техники, оборудование для химической и нефтегазовой промышленности проектируются конструкторами с использованием материалов с особыми свойствами, в частности. с высокими показателями качества поверхности и усталостной прочности при мало- и многоцикловой нагрузке. Обеспечение этих требований вызывает значительные технологические трудности.

Существующие процессы обработки сложнопрофильных деталей типа рабочих колес, корпусов центробежных насосов и компрессоров, винтовых поверхностей и т.п. не удовлетворяют требованиям, обеспечивающим нормальную эксплуатацию изделий. Большинство известных методов характеризуется низким качеством получаемых поверхностей, значительной долей ручного труда и невысокой производительностью. Зачастую, существующие методы не позволяют производить размерную финишную обработку деталей со сложной геометрией.

Анализируя методы размерной обработки деталей сложной Оормь:. автор остановился на комбинированных методах обработки, сочетающие известную механическую обработку и применяемые в промышленности электрические методы, совместное использование которых позволяет получить технологические показатели, значительно превышающие предельно достижимые значения исходных методов. В настоящее время они являются одними из перспективных и сочетают в себе электрическое и механическое воздействие на материал детали. С применением этих методов решение технологических задач обработки сложнопрофильных деталей /позволяет не только удалять припуск на обработку поверхности, но и получать гарантированные показатели качества поверхностного слоя детали. Вместе с тем большинству известных комбинированных методов обработки присущ существенный недостаток: ограниченные возможности точности обработки. Следствием этого являются повышенная энергоемкость процесса обработки, экономически необоснованный расход инструмента, увеличенное технологическое время нл обработку детали.

Ранее выполненные работы показали, что, управляя составляющими комбинированной обработки, можно повысить отдельные показатели процесса. Однако при этом, как правило снижаются другие технологические характеристики. Особенно это относится к обработке металлическими гранулами, где бесспорное преимущество процесса проявляется в возможности снятия припуска с участков, удаленных от жеегког" инструмента на десятки миллиметров. Однако известные единичны; исследования позволили только частично решить проблему местного безразмерного улучшения поверхности, не раскрыв самого процесс р его возможностей по формообразованию точных поверхностей п .-..ч::'..-

ными свойствами. ' •

Целью работц является исследование комбинированного процесса обработки несвязанными токопроводящими гранулами и создание технологии размерной обработки деталей с обеспечением заданного качества поверхности.

В соответствии с поставленной целью исследования сформулированы следующие задачи работы:

1. Исследование влияния концентрации наполнителя на удельную электропроводность рабочей среды и характер ее движения.

2. Разработка математической эдели процесса обработки с использованием твердого токопроводящего наполнителя. Определение оптимальной конструкции гидравлического элемента.

3. Разработка методики определения параметров движения рабочей среды, получение расчетных зависимостей, позволяющих управлять ее размерами и траекторией движения.

4. Разработка методов расчета показателей качества поверхностного слоя (шероховатости, величины и глубишЗ наклепа).

5. Разработка методики выбора материалов и размеров гранул наполнителя в зависимости от заданных технологических показателей.

6. Исследование путей получения заданных технологических показателей при размерной обработке деталей несвязанными гранулами. _ .

7. Разработка типового технологического процесса для размерной электрохимикомеханической обработки сложнопрофильных деталей с использованием твердого токопроводящего наполнителя.

Научная новизна работы заключается в раскрытии механизма и создании модели размерной электрохимикомеханической обработки с применением твердого токопроводящего наполнителя деталей сложной Формы с последующим обоснованием технологических параметров и выбора материала, формы, размеров и концентрации гранул,' обеспечивающих требуемые показатели качества поверхности.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Используя данные о механизме формообразования поверхности при комбинированной обработке и данные о влиянии материала, размеров, Формы и концентрации наполнителя на технологические показатели процесса, разработана технология, позволяющая вести размерную ((работку сложнопрофильных деталей с поверхностями, удаленными от исходного сечения форсунки на расстояние до.100 мм.

2. Для применения метода при обработке тонкостенных деталей и ■деталей, изготовленных из пластичных материалов, а также для слияния энергоемкости процесса, разработана новая конструкция гранул г^полнителя (решение о выдаче патента РФ по заявке N 93036401).

3. Разработана конструкция гидравлического элемента с опти-^сч^.нкми условиями ввода гранул наполнителя в струю электролита.

которая позволяет максимально снизить энергоемкость процесса.

Достоверность научных положений диссертации, правильность разработанной технологии обработки сложнопрофильных поверхностей подтверждены публикациями в открытой печати и ее практическим использованием на производстве. Экономический эффект от внедрения результатов работы составил 99.135 млн. рублей. Технология элект-рохимикомеханической обработки была применена для производства медицинского и режущего инструмента и деталей технологической оснастки.

Автор защищает:

, 1. Математическую модель процесса размерной комбинированной обработки с применением твердого токопроводящего наполнителя.

2. Выбор оптимальной величины концентрации наполнителя в межэлектродном промежутке и места ввода гранул в струю электролита.

3. Методику определения параметров движения рабочей средь, зависимости, позволяющие управлять ее размерами и траекторией.

4. Методы расчета параметров качества поверхности при комбинированной обработке.

5. Методику выбора материалов и размеров гранул в зависимости от заданных технологических показателей.

6. Технологическое оснащение для получения заданных технологических показателей при размерной обработке несвязанными гранулами.

7. Технологии размерной обработки с применением твердого токопроводящего наполнителя.

Апробация работы: Основные положения диссертации докладывались на Международных научно-технических конференциях "Ресурсосберегающая технология машиностроения" в г. Москве (1993, 1994. 1995) на научно-технической конференции "Технологические проблемы производства летательных аппаратов и двигателей" в г. Казани

(1993), на Российской научно-технической конференции "Наукоемкие технологии в машностроении и приборостроении" в г. Рыбинске

(1994), на Международной научно-технической конференции "надежность машин и технологического оборудования" в г. Ростове-на-Дону (1994), на 21-й молодежной научно-технической конференции "Гага-ринские чтения" в г. Москве (1995), на Международной иаучно-техни ческой конференции в г. Пенза (1995), на научных конференциях профессорского-преподавательского состава ВГТУ (Воронеж 1993 - 1995).

Публикации. По результатам работы опубликовано 18 печатных работ, в том числе получено положительное решение о выдаче патента РФ по заявке N 93036401.

Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений; содержит 165 страниц машинописного текста, включая.46 рисунков, 4 таблицы и

страниц приложений.

Работа выполнялась на кафедре "Технология машиностроения" Воронежского Государственного технического университета по координационным планам ГК по высшему образованию на 1991 - 1995 гг.. региональной программы "Черноземье" на 1993 - 1995 гг. и межвузовской научно-технической программе "Ресурсосберегающие технологии машиностроения".

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, изложены основные положения, выносимые на защиту, показана практическая ценность диссертации.

В первой главе выполнен обзор и анализ научных публикаций, посвященных обработке с применением наполнителя, проанализированы технологические приемы изготовления сложнопрофильных деталей. В качестве объектов исследований выбраны элементы агрегатов для химической и нефтегазоперерабатывающей промышленности, узлы газотурбинных двигателей, работающие в условиях знакопеременных силовых и температурных нагрузок. Это каналы сложной формы, корпусы и рабочие колеса центробежных насосов и компрессоров, различные винтовые поверхности и т.п. Объекты обработки по предлагаемому методу мс?гут быть классифицированы по нескольким признакам:, форме поверхности, ее характеру, требуемой точности, месту расположения электрода-инструмента и необходимости обработки в размер. Применение для кх изготовления труднообрабатываемых материалов и сплавов вызывает дополнительные затраты на финишную обработку и придание изделиям товарного вида. Улучшение качества поверхностного слоя и создание заранее заданных прочностных характеристик деталей способствует значительному повышению производительности и долговечности работы машин и агрегатов.

Работы по созданию комбинированного метода электрохимикомеха-нической обработки с применением наполнителя ведутся на протяжении ряда лет. Отечественными и зарубежными учеными разработан и защищен авторскими свидетельствами ряд способов и устройств, позволяющих подавать смесь из электролита и гранул наполнителя в зону обработки. В этих работах было определено, что существенное влияние на технологические показатели процесса обработки оказывает размер ''ранул наполнителя. Регулируя размер и изменяя материал гранул удавалось обрабатывать участки поверхности, удаленные от среза ¡•шла на расстояние до 100 мм.

При экспериментальном и теоретическом изучении процесса ЭХО с применением токопроводящего наполнителя был впервые изучен меха-влияния гранул на удельную электропроводность МЗП и произво-

дительность процесса. Было установлено, что при определенных размерах гранул токопроводящий наполнитель выступает в роли диэлектрика и значительно повышает удельное сопротивление рабочей среды. При других размерах наполнитель, изготовленный из того же материала, наоборот значительно снижает удельное сопротивление МЭП и интенсифицирует процесс анодного растворения металла заготовки. Пороговое значение линейного размера гранулы наполнителя, при котором она изменяет характер своей проводимости, было названо "критическим размером".

Анализ публикаций и патентный поиск выявил большое количество видов и типоразмеров гранул, применяемых для электрообработки. Они. могут отличаться по токопроводящим и абразивным свойствам. Наиболее широкое применение получили стальные, чугунные, медные гранулы, а так же гранулы..изготовленные из графита и графитовых композиций. Обоснована возможность применения минералокерамических гранул, имеющих различную электропроводность в зависимости от их пространственной ориентации. Выбор материала, гранулы обуславливается несколькими причинами: величиной МЭП. скоростью прокачки электролита, материалом детали, требуемыми показателями качества обрабатываемой поверхности.

На основе проведенного анализа были сформулированы задачи исследования.

Вторая глава посвящена разработке рабочей гипотезы й программы проведения исследований, а также методике обработки и анализа экспериментальных данных.

Решение поставленных задач базируется на результатах ранее выполненных р&бот и предположении. Что определяющую роль при процессе анодного растворения материала и формировании поверхностного слоя с твердым токопроводящим наполнителем играет его концентрация в межэлектродном промежутке (МЭП). При увеличении концентрации наполнителя машется как характер движения рабочей среды, так и процесс протекания тока между катодом и анодом.- Та рель, которую играет твердый токопроводящий наполнитель в процессе комбинированной обработки, заставляет . рассматривать прохождение тока, анодное растворение и гидродинамическое движение в четырехфазной среде, эта среда включает в себя следующие составляющие: электролит, газообразные продукты растворения, мелкодиспергированнне коллоидные частицы шлама и твердый.наполнитель. Ранее такие исследования применительно к электрохимической обработке не проводились.

Изменение концентрации наполнителя ведет не только к качественному изменению характера движения рабочей среды, но и к количественным изменениям параметров формируемого^поверхностного слоя детали. Достижение заданных параметров качества поверхности обра батываемой,детали возможно при взаимном регулировании скорое с:

движения гранул наполнителя, ' их массы, размеров и концентрации в МЭП.

Обрабатываемые образцы и материалы- выбирались с учетом того, что предлагаемый способ обработки ориентирован на изготовление деталей для авиационной и ракетно-космической техники, нефте- и газоаппаратуры. •Поэтому в работе в качестве образцов применялись заготовки. полученные Фрезерованием, изготовленные из конструкционных и легированных сталей типа сталь 45. 38Х2МЮА, 40ХН2МН-Ш.

Рабочая среда выбиралась из условия доступности, простоты приготовления, низкой стоимости, и зопасности в эксплуатации и хороших экологических показателях при утоиизации. Всем этим требованиям отвечают водные растворы хлорида и нитрита натрия разданной концентрации (от 6 до 20*). В качестве наполнителя использовались шаровидные гранулы, изготовленные из стада 45. графита, латуни Л62, алюминиевого сплава АК4, а также минералокерамики марок ВЗ и Б0К60 прямоугольной формы. Размер применяв»« гранул изменялся в пределах от 0,5 до 30 мм. Выбор материала гранул и их размеров обуславливается несколькими причинами: пределом прочности, величиной контактного давлеьия. размерами МЭП и доступом к зоне обработки детали.

Экспериментальная установка била смонтирована на базе электрохимического станка СЭХО - 901. Для проведения экспериментов станок был оснащен дополнительной емкостью для электролита объемом 100 литров и электронасосами П - 50М и Х14 - 22М производительностью 50 л/мин и 22 л/мин соответственно и специально спроектированной и изготовленной технологической оснасткой.

Планирование и проведение экспериментальных исследований в зависимости от поставленных целей, количества независимых и зависимых параметров рассматриваемого процесса, предполагаемой формы Функциональной зависимости меаду этими параметрами, литературных данных и результатов предварительных экспериментов базировалось на теории регрессионного анализа и полнофакторного эксперимента. Применение аппарата математической статистики и планирования эксперимента позволило исключить интуитивный подход и заменить его объективной оценкой результатов эксперимента на всех этапах исследования.

Третья глава посвящена теоретическому исследованию процесса г.чектрохимикомеханической обработки деталей с использованием твердого токопроводящего наполнителя. Этот процесс представляет собой одновременное и взаимосвязанное воздействие на обрабатьваемую по-Есфхьооть электрохимической обработки, механической дипассивации и упрочнения. Математическая модель процесса обработки может быть ¡подставлена в виде синтеза нескольких частных моделей: гидродина-•г, ч^гкпя, анодного растворения материала, формирования псверхност-

ного слоя в процессе пластического деформирования и др.

При традиционной ЭХО для удаления ггоодуктов анодного растворения из НЭП вновь подаваемый электролит необходимо прокачивать со значительным давлением. При разрабатываемом методе в этом нет необходимости, так как шлам и газовые продукты анодного растворения удаляются из зоны обработки "самотеком" и значительной роли в формировании поверхностного слоя детали не играют. Наибольшее влияние на технологические показатели процесса оказывает вид движения рабочей среды от форсунки до обрабатываемой поверхности и ее распределение по заготовке. Поэтому при рассмотрении только этого участка траектории рабочую среду можно рассматривать как двухфазную (электролит и наполнитель), плотность рср которой может быть определена по формуле:

Pep - Рэл + (ргр - Р,л)Р . ■ (1)

где р>я, ргр - плотность электролита и наполнителя, кг/м3;

0 - концентрация гранул наполнителя в электролите.

Для снижения энергоемкости процесса была решена задача о выборе оптимального места подвода гранул наполнителя в струю электролита. Им является область сжатия струи, которая характеризуется давлением Рс, что позволяет наиболее полно использовать годект эжекции при образовании рабочей среды. Наиболее глубокое и устойчивое разряжение наблюдается на расстоянии 1 от входного сечения форсунки, которое отвечает условию:

t 1 - (0.5 - 0.7)6, . (2)

где dj - диаметр входного сечения форсунки, мм.

Для ¡'проведения размерной обработки локальных участков поверхности, удаленных от выходного сечения форсунки, была решена задача определения границ струи рабочей среды (Хгр, Угр, Zrp) в любой точке тракта. Они могут быть рассчитаны по следующей системе уравнений:

/ Хо с ^ + Уос

хгр - /---- cos а • tg к

р / tg2 к + 1

/х»с * ♦ У.. У .

УГр - /-:- • cos а . з

V tg* т + 1

а

Zrp ™ Хг„ * tg —

• • 2

гдо Хос, Уос - координаты оси' симметрии рабочей среды, мм; 2а - угол распыла форсунки, град.;

Р - угол между оеью симметрии струи-и линией горизонта, град.: Y - угол, определяемый по выражению t « 90° - (а + 0). град.

При этом были введены следующие начальные условия: гранулы наполнителя равномерно распределены в электролите. ..они имеют начальную скорость равную нулю, а граница струи четко отделена от воздуха. . ' .

Определяющую роль в процессе ^работки и формировании поверхностного слоя детали играет скорость гранул наполнителя (Vr„) в момент ИХ' механического контакта с обрабатываемой поверхностью. Для ее определения в любой момент времени (trp) в зависимости от концентрации наполнителя получено следующее выражение:

г 8 ' tro V0H + V, i

Vrp - V,, th[ ГР ♦ O.Sln * ] - V„„ . (4)

*e "он ~ '»

где VB>¡ - безразмерная скорость гранул наполнителя, зависящая от концентрации гранул, для концентрации 25-30 %:

' . • v*f " V, (0.5 - 0.7) (5)

VB - максимальная безразмерная скорость, которая определяется

по формуле: ...

^гр(ргр - Р,л)(1 - р) ' ,

______________ ( _

З'С, (р,„ + (ргр - р,д)0

с1гр - диаметр гранул наполнителя, м; g - ускорение свободного падения, м/с2; Уон - относительная начальная скорость электролита, м/с; \'э т е к - текущее значение скорости 'электролита, м/с, которое

определяется по формуле, :

W - ./ ""¡77" + («■• • ' С)

of - коэффициент сопротивления гранулы, для шара он.определяется: с, » 24/Re.

Vox- скорость электролита в направлении оси абсцисс, м/с; к - эмпирический коэффициент; . - .зремя движения рабочей среды, сек.

Для обеспечения возможности обработки необходимо выполнение условия превышения скорости гранул над критической величиной: Угр > Улр. В этом случае наполнитель равномерно распределен в потоке электролита, что обеспечивает одинаковые показатели качества поверхности по обрабатываемой площади. Если же Угр * Укр. то часть гранул выпадает из потока, т.к. нет динамического равновесая между подъемной силой и весом гранул, и равномерности обработки достигнуть не удается. Для определения критической скорости гранул предлагается использовать следующее выражение:

V-5.fi • D®-34 • V" ■ М0 " . (8) •

.' Рср

где D - диаметр выходного сечения форсунки, м; •

р - расходная концентрация, ц - 40 - 50.

При получении заданных показателей качества поверхностного слоя детали необходимо выполнение-условия максимального использо-. вания механической энергии гранул. При исследовании приведенного выше уравнения на экстремум (максимум) было получено выражение, позволяющее определять оптимальную величину МЭП в зависимое!и ст скорости наполнителя, и. как следствие, скорости прокачки электролита,- концентрации и материала гранул:

;t

ь - V,ttK • trpM.x - -- m Ish---*

в 1 Л vBJI

Поведение токопроводящего наполнителя, помещенного в струю электролита, имеет ряд характ' слых особенностей. Было установлено, что для различных материалов уществует некоторый критический размер dKP. при котором гранула меняет характер своей npot димости. При диаметре гранулы меньше критического drp < токопровсдящий материал наполнителя выступает в роли диэлектрика и удельная проводимость. рабочей среды падает. Если же drp > dKp. то гранула, являясь проводником электрического тока, значительно повышает удепь-ную электропроводность рабочей среды и интенсивность процесса обработки.

Для нахождения критического диаметра гранул наполнителя в зависимости от их концентрации в МЭП и выполненных из различи ;г ма териалов предлагается использовать следующее выражение:

Ргр /р-ЬСЗР2 ♦ 3D-Ь-tea ♦ L'-tg*aI

drPKP = / 50 '

где L - величина МЭП, м.

Скорость линейного растворения Vjp материала заготовки для случая drp >' (3Хр может быть определена по формуле:

V * ytTtrp - Уэл)1 ....

v,p - с • П ■ А -:-> (11)

L ' Рэ«г

где рзаг - плотность материала детали, кг/м3;

Кгр- lis* . " Удельная электропроводность гранул й электролита, (Ом-м)"1;.

U - рабочее напряжение. В:

К„ - коэффициент, характеризующий наличие наклепа, К„ - 1.2 - 1.5;

И - выход по току, характеризующий потери напряжения при обработке.

t - электрохимический эквивалент обрабатываемого материала, кг/(Ас). ,

Формирование поверхностного слоя детали при предлагаемом методе обработки протекает в условиях гидродинамического трения, т.к. в зоне контакта гранул наполнителя с обрабатываемой поверхностью постоянно присутствует прослойка электролита. Удар наполнителя о поверхность обычно прямой, когда он внедряется в тело детали. а не скользит по поверхности. Выразив динамическую нагрузку через скорость соударения гранул наполнителя с обрабатываемой поверхностью. получим выражение для определения глубины пластически деформированной зоны hH и степени наклепа UH:

Vrp /К Л / 1 \0.5

hH = — — /—*- 1 + - • (12)

drpx / 2с-6g V К-ft

|0.5

ин - (К/и - 1) • 10035 . (13)

где х - коэффициент,, учитывающий" кривизну обрабатываемой поверхности; если радиус кривизны обрабатываемой поверхности-превышает радиус гранул, то х = 1;

К„ - коэффициент, который, учитывает податливость материала, детали;

£

•Кр- коэффициент деформационного упрочнения. Км = е , где е -

отношение диаметра пластического отпечатка к диаметру гранулы наполнителя.

1 - коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности на изменение эпюры давления в зоне контакта, 1 < 1;

с - коэффициент стеснения материала, м"1; б, - динамический предел текучести материала детали. МПа.

Шероховатость обработанной поверхности, подвергшейся пластическому деформировали», связана с глубиной лунок следующим соотношением:

Ь < И, . (14)

Приведенные выражения показывают, что управление скоростью подачи наполнителя дает возможность получай» •заданные параметры качества обрабатываемой поверхнрсти.

Время, обработки детали при условии обеспечения требуемых показателей качества (шероховатости, величины и глубины наклепа) обработанной поверхности определяется следующим образом: последовательно рассчитывается время I формирования этих показателей на единице обрабатываемой площади детали, которое зависит от физико-механических свойств поверхностного слоя детали и параметров шероховатости обрабатываемой поверхности, режима обработки (материала гранул наполнителя, гидродинамического давления струи и вида электролита, концентрации наполнителя), конструкции сопла, угла расположения детали относительно потока электролита (угла атаки). Основным условием обработки является сплошность обработки, когда вся поверхность подверглась не только анодному растворению, но и механическому воздействию гранул в каждой точке хотя бы по одному разу. В результате решения этой задачи было получено выражение для определения времени обработки Ц0). при которой обеспечиваются требуемые показатели качества поверхностного слоя:

V- *яр • -г--1 • <15>

а» ■ 2д

где кяР коэффициент, характеризующий дол» припуска, снимаемого за счет анодного растворения: •

к4 - коэффициент, учитывающий перекрытие границ участков обрабатываемой поверхности:

- обрабатываемая площадь. мг;

<3, - диаметр "эффективного" пятна струи рабочей среды, м;

гл -величина удаленного припуска, м.

С учетом этого по приведенным в работе зависимостям м.чнс п<

лучить заданные параметры качества поверхностного слоя детали в зависимости от концентрации наполнителя, его размера и материала.■ а также характеристики гидрооборудовапия. Разработанная математическая модель дает возможность снизить энергоемкость процесса и повысить эффективность обработки.

В четвертой главе приведенj результату • экспериментальных исследований комбинированной обработки с применением твердого токоп-роводящего наполнителя. Они подтвердили возможность использования предлагаемого способа для размерной обработки сложнопрофильных и труднодоступных поверхностей. Полученные результаты по определению характера распределения гранул на обрабатываемой поверхности и влиянию концентрации наполнителя на технологические параметры обработки показали их удовлетворительную сходимость с расчетными значениями. Это позволяет рекомендовать предлагаемый метод для использования в производственных целях. .

Проверенные эксперименты выявили существенное повышение удельной электропроводности рабочей среды в НЭП при увеличении концентрации наполнителя и размеров гранул и, как следствие, - интенсификацию процесса обработки. Это изменение ьосит линейный характер и при достаточно больших величинах концентрации гранул (fi » 75 - 90 %) и их размеров (drp » 1/3 МЭП) приближается к удельной проводимости цельного электрода-инструмента.

Подтверждена модель формирования поверхностного слоя детали при электрохимикомеханической обработке, оценено его качество. Характер упрочнения подтвержден результатами металлографических исследований и измерением микротвердости. У обработанных образцов наблюдалось наличие упрочненного слоя глубиной от 8 до 12,5. мкм и величиной HRC, = 43.5 при исходной микротвердости образца HRC, -35.5. Полученные результаты позволяют рекомендовать данный метод в качестве отделочно-упрочняющей обработки деталей из сталей, получая при этом оптимальные величины наклепа (от'ю до 20 95), при которых предел выносливости б., этих материалов максимален (640 -650 МПа). ...■..'

Определение шероховатости обработанной поверхности показало, . что ее значения после обработки.на чистовых режимах составляют Ra-= 0.32 - 0,40 мкм. При обработке образцов на черновых режимах была получена шероховатость поверхности Ra = Ó.63.- 0.80 мкм. Исходная поверхность образцов.была получена фрезерованием с. шероховатостью поверхности Ra = 3,26 - 5,0 мкм. Зто позволяет предло- -жить данный метод в качестве финишной обработки сложнопрофильных \ деталей.

Пятая глава содержит технологические рекомендации по осуществлению процесса размерной обработки и предложения по автоматизации выбора параметров обработки в зависимости от требуемых показателей :

качества поверхностного слоя получаемых деталей.

Разработанные рекомендации позволяют вести размерную обработку локальных участков поверхности и повышать производительность труда за счет сокращения и исключения ручных финишных операций. Предложена конструкция технологической оснастки для обработки замкнутых сложнопрофильных полостей типа баллонов. Разработана принципиальная схема установки для комбинированной обработки с использованием твердого токопроводящего наполнителя, позволяющая вести размерную обработку деталей в автоматизированном режиме.

Разработано и внедрено на 'практике программное обеспечение для выбора технологических параметров обработки, котороэ дает возможность сократить затраты времени на проектирование технологического процесса за счет широкого использования персональных ЭВМ, автоматизированных банков данных и диалогового режима общения оператора с машиной.

Разработанные конструкция гранул наполнителя (положительное решение о выдаче патента РФ по заявке N 93036401). оборудование и средства технологического оснащения внедрены на двух машиностроительных предприятиях при производстве медицинского и режущего инструмента и деталей технологической оснастки. Экономический эффект от их использования составил 99.135 млн р.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Показано, что существующие технологии финишной обработки не решают задачу размерной обработки сложнопрофильных труднодоступных поверхностей. Для этого предлагается применять метод элект-рохимикомеханической обработки с использованием твердого токопроводящего наполнителя. Такой подход не только значительно интенсифицирует процесс, но и позволяет получать удаленные от инструмента поверхности-с заданными показателями качества.

2. Разработана модель формообразования поверхности несвязанными токопроводящими гранула*", которая' описывает одновременное воздействие на обрабатываемый профиль электрохимического и механического процессов. Модель учитывает факторы: электродинамический, гидродинамический и механическую дипассивацию. Моделирование процесса с учетом этих факторов позволило найти оптимальные режимы обработки, являющиеся основой для создания типового технологического процесса размерной обработки труднодоступных поверхностей сложной формы. Разработан алгоритм расчета и программное обеспечение для выбора технологических режимов обработки.

3. Теоретически получены и экспериментально подтверждены зависимости, описывающие влияние концентрации наполнителя нл ско рость линейного растворения материала заготовки и Характер иасп|".--

деления струи по обрабатываемой поверхности, что позволяет вести размерную обработку сложнопрофильных деталей, имеющих труднодоступные для цельного инструмента участки.

4. Разработаны экспериментальная установка. оборудование, технологическое оснащение и выполнен комплекс экспериментов, подтвердивших достоверность защищаемых теоретических научных положений. Результаты работы внедрены в производство на 2-х предприятиях машиностроения. Показано, что при использовании данного метода стабильно могут быть получены.детали с шероховатостью поверхности Ra - 0.32 - 0.63 мкм. При этом не наблюдается дефектов поверхности.

Предложена конструкция гранул наполнителя (положительное решение о выдаче патента РФ N 93036401), которая позволяет снизить их вес при сохранении токопроводящих свойств. Это дает возможность вести размерную чистовую обработку тонкостенных деталей и деталей, изготовленных из пластичных материалов. Разработана конструкция гидравлического элемента с оптимальным местом подвода гранул наполнителя в струю электролита, позволяющая значительно снизить энергоемкость процесса обработки.

5. Проведен комплекс работ по исследованию поверхностного слоя детали и ее усталостных характеристик. Установлено, что предлагаемый метод обеспечивает высокие механические показатели и может быть рекомендован для финишной чистовой обработки деталей, работающих в условиях знакопеременных нагрузок.

' 6. Разработанные методики и полученные результаты освоены и внедрены при производстве медицинского и металлорежущего инструмента. За счет повышения ресурса изготавливаемого инструмента и сокращения количества финишных операций получен экономический эффект в размере 99,135 млн р.

Основное содержание работы опубликовано в 18 печатных работах:

1. Кузовкин A.B., Смоленцев Г.П. Изменение микротвердости деталей после обработки рассыпающимся катодом// Применение низкочастотных колебаний в технологических целях: . Тез. докл. регион, науч.-техн. семин. - Ростов-на-Дону, ДГТУ. 1993. - С. 21 - 22.

2. Кузовкин А.В., Смоленцев Г. П. Формирование микроповерхности после комбинированной обработки рассыпающимся катодом// Применение низкочастотных колебаний в технологических целях: Тез. докл. регион, науч.-техн. семин. - Ростов-на-Дону, ДГТУ. 1993. -С. 38.

3. Смоленцев В.П.. Чижов М. И.. Кузовкин А.В. Гальваномехани-хеский способ получения хромовых износостойких герметических .•покрытий// Ресурсосберегающая технология машиностроения: Тез. докл. науч. -прак. конф. 7-8 апреля .1993. - М.„ МАМИ, 1993. - С.. 168.

4. Кузовкин A.B.. Садыков З.Б.. Смоленцев В.П. Выбор рабочих сред для обработки рассыпающимся катодом// Технологические проблемы производства летательных аппаратов и двигателей: Тез. докл. науч. -техн. конф. - Казань. КГТУ, 1993. - С. 41.

5. Смоленцев В.П., Кузовкин A.B. Динамика несвязанных гранул при обработке внутренних поверхностей// Ресурсосберегающая технология машиностроения: Тез. докл. Межд. науч. -практ. конф. 23-24 декабря 1993. - М.. НАМИ. 1993. - С. 215 -.216.

6. Смоленцев В.П.. Кузовкин A.B. Чистовая обработка детали рассыпающимся электродом// Ресурсосберегающая технология машиностроения: Тез. докл. Межд. науч.-практ. конф. 23 - 24 декабря 1993. - М.. МАШ. 1993. - С. 211 - 212.

7. Смоленцев В.П., Кузовкин А.В.-Математическое моделирование процесса электрохимической обработки рассыпающимся электродом// Наукоемкие технологии в машиностроении и приборостроении: Тез. докл. Росс. науч.-техн. конф. - Рыбинск. РАТИ. 1994. С. 206 - 207.

8. Смоленцев В.П.. Кузовкин A.B. Электрохимическая обработка

с твердым токопроводящим наполнителем// Надежность машин и техно- — логического оборудования: Тез. • докл. Междун. науч.-техн. конф. -Ростов-на-Дону, ДГТУ. 1994. - С. 185 - 186.

9. Смоленцев В.П.. Кузовкин A.B. Формирование поверхностно:о слоя при электрохимической обработке с твердым токопроводящим наполнителем// Ресурсосберегающие технологии машиностроения: Межвуз.

■сб. науч. трудов. - М. /'МГААТМ. 1994. - С. 195 - 197.

10. Сергеев А.П.. Кузовкин А.В. Особенности гидродинамическо-'го режима специальных схем ЭХО. Воронеж. Гос-й техн-й ун-т. - Воронеж. 1995. - 18 е., - Деп. в ВИНИТИ 24.01.95, N 200 - В 95.

11. Кузовкин A.B. Технология комбинированной обработки слож-нопрофильных деталей несвязанными гранулами// 21 Гагаринские чтения: Тез. докл. молод, научн. конф. 4-8 апреля 1995. - М., МГА-ТУ, 1995. - С. 78 - 79.

12. Смоленцев В.П., Кузовкин A.B.. Обеспечение точности и качества поверхности при размгьэй комбинированной обработке несвязанным электродом// Комплексное обеспечение точности автоматизированных производств: Сб. стат. Межд. науч.-техн. конф. - Пенза. Приволжский Дом Знаний, 1995. - С. 10 - 12.

13. Смоленцев В.П.. Болдырев А.И., Кузовкин А. В. Виброударное и комбинированное упрочнение материалов после электрохимической размерной обработки// Ресурсосберегающие технологии машиностроения: Межвуз. сб. научн. трудов. - М.. МГААТМ. 1995. - С. ¿07-210.

14. Смоленцев В.П., Кузовкин A.B. Выбор гранул наполнителя для размерной обработки рассыпающимся катодом// Ресурсосберегающие технологии машиностроения: Межвуз. сб. науч. трудов. - М.. ЧРААти. 1995. - С. 229 - 230.

15. Смоленцев В. П., Болдырев А. К., Кузовкин А.З. Гидродинамические параметры размерной комбинированной обработки с использованием твердого токопроводящего наполнителя// Производительная обработка материалов: Сб. научн. трудов. - Воронеж, ВГТУ, 1995. -С. 19 -24.

16. Смоленцев В. П.. Кузовкин А.В. Определение показателей качества обработанной поверхности при использовании твердого токопроводящего наполнителя// Производительная обработка материалов: Сб. научн. трудов. - Воронеж, ВГТУ, 1995 - С. 28 - 33.

17. Смоленцев В.П., Кузовкин A.B. Автоматизация расчета технологических параметров комбинированной электрообработки несвязанными гранулами// Высокие технологии в технике, медицине и образовании: Межвуз. сб. научн. трудов Ч. 1. - Воронеж, ВГТУ, 1995. -С. 10 - 15.

18. Положительное решение о выдаче патента РФ по заявке N 93036401 Устройство гранул наполнителя для комбинированной обработки деталей/ В.П.Смоленцев, А.И.Болдырев. А.В.Кузовкин. -6 е.: ил. . •

ЛР N 020419 ОТ 12.02.92.

Подписано к печати 08.04.96.

Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Зак.

Воронежский государственный технический университет

394026, г. Воронеж, Московский пр. 14

Участок оперативной полиграфии

Воронежского государственного технического университета