Разработка высокоскоростного метода электроэрозионной обработки отверстий малого диаметра с регулированием режимов по массовыносу

Владыкин, Алексей Валерьевич

автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Разработка высокоскоростного метода электроэрозионной обработки отверстий малого диаметра с регулированием режимов по массовыносу

кандидата технических наук: Владыкин, Алексей Валерьевич
город: Пермь
год: 2013
специальность ВАК РФ: 05.02.07

Диссертация по машиностроению и машиноведению на тему «Разработка высокоскоростного метода электроэрозионной обработки отверстий малого диаметра с регулированием режимов по массовыносу»

Автореферат диссертации по теме "Разработка высокоскоростного метода электроэрозионной обработки отверстий малого диаметра с регулированием режимов по массовыносу"

На правах рукописи

ВЛАДЫКИН Алексей Валерьевич

РАЗРАБОТКА ВЫСОКОСКОРОСТНОГО МЕТОДА ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ МАЛОГО ДИАМЕТРА С РЕГУЛИРОВАНИЕМ РЕЖИМОВ ПО МАССОВЫНОСУ

Специальность: 05.02.07 - Технология и оборудование

механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

005539оьт

г 11!оя 2013

Воронеж - 2013

005539561

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет».

Научный руководитель: Макаров Владимир Фёдорович,

доктор технических наук, профессор, Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Официальные оппоненты: Бойко Анатолий Федорович,

доктор технических наук, профессор, Белгородский государственный технический университет;

Коптев Александр Иванович,

кандидат технических наук, Воронежский механический завод - филиал ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева», заместитель главного инженера

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный

авиационный технический университет»

Защита состоится 18 декабря 2013 года в 16 00 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 212.037.04 ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» по адресу: 394026, г. Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет».

Автореферат разослан «15» ноября 2013 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

Кириллов О.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Постоянное совершенствование современных теплонагруженных лопаточных машин (ТЛМ) для транспортных и стационарных установок направлено на повышение качества изготовления, ресурса и эксплуатационной надёжности, сокращения затрат на производство. Одним из эффективных методов повышения эксплуатационных характеристик ТЛМ является значительное повышение температуры газа перед турбиной. Но увеличение температуры, которая может достигать значений до 2200 К, приводит к снижению ресурса деталей и изделия в целом. Применение же новых более жаропрочных сплавов и теплозащитных покрытий не всегда позволяет устанавливать требуемую высокую температуру. В связи с этим актуализируется значение эффективности охлаждения деталей ТЛМ, работающих в высокотемпературном поле. К таким деталям относятся сопловые и рабочие лопатки турбины, жаровые трубы, газосборники лопаточных машин и т.п. Эффективность работы этих деталей во многом определяется эффективностью охлаждения их холодным воздухом, который подается через специально изготовленные отверстия малых диаметров от 0,45 мм до 1,8 мм, расположенных под прямыми и острыми углами (от 10° до 90°) к охлаждаемым поверхностям и с соотношением глубины отверстий к диаметру от 5 до 20. В качестве материалов для этих деталей применяют жаропрочные сплавы на никелевой основе типа ЖС6ВИ, ЖС26, ЖС32, ЧС70-ВИ и др., которые трудно поддаются обработке лезвийным режущим инструментом. Поэтому основным наиболее распространённым способом обработки таких отверстий является электроэрозионный метод прошивки стержневыми электродами-инструментами (ЭИ). В связи с большой номенклатурой деталей и множеством различно расположенных отверстий трудоёмкость обработки таких отверстий весьма велика. Например, при обработке более 110 000 отверстий малых диаметров в 150 деталях авиационной лопаточной машины общая трудоёмкость составляет более 3 000 нормочасов. Большая трудоёмкость, кроме того, вызвана и повышенными требованиями к обеспечению качества обработки отверстий, среди которых отклонение размера по диаметру не более 0,05+0,1 мм; шероховатость поверхности Ra<3,2 мкм; глубина изменённого слоя (без микротрещин) допускается не более 20 мкм.

Применяемая в настоящее время технология электроэрозионной обработки (ЭЭО) отверстий малых диаметров стержневыми неподвижно установленными ЭИ по производительности и качеству не удовлетворяет растущим требованиям производства лопаточных машин. В последнее время для обработки таких отверстий внедрятся более эффективный метод - электроэрозионное сверление (ЭЭС), т.е. электроэрозионная обработка с использованием полого вращающегося ЭИ и прокачкой под давлением диэлектрической рабочей среды через внутреннее отверстие. Опыт показывает, что применяя новый метод ЭЭС с научно-обоснованным управлением динамическими и электрическими параметрами процесса можно, помимо значительного повышения производительности, уменьшить теплонапряжённость процесса, повысить точность отверстий,

уменьшить шероховатость обработанной поверхности и глубину изменённого слоя. Однако внедрение нового метода ЭЭС сдерживается из-за отсутствия результатов научных исследований по установлению закономерностей массовы-носа и взаимосвязей между динамическими и электрическими условиями обработки, требуемыми параметрами производительности, стойкости ЭИ и качества обработки. Отсутствуют практические рекомендации по выбору оптимальных режимов обработки, по внедрению нового процесса на деталях ТЛМ из жаропрочных сплавов. Поэтому рассматриваемая тема работы является весьма актуальной.

Работа выполнялась в соответствии государственной программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (постановление Правительства РФ № 568 от 26.07.2008 г.).

Цель работы

Совершенствование процесса ЭЭС отверстий малых диаметров в деталях теплонагруженных лопаточных машин из жаропрочных сплавов путём интенсификации массовыноса и создания технологического процесса с управляемой очисткой межэлектродных каналов и оптимизацией электрических параметров.

Задачи исследования

1. Раскрытие физической природы и механизма повышения производительности ЭЭС отверстий путём управления массовыносом на основе математического моделирования движения жидкости рабочей среды и исследования термодинамики электроэрозионного взаимодействия с материалом из жаропрочного сплава вращающегося ЭИ с внутренней прокачкой рабочей среды под высоким давлением, обеспечивающем более эффективную очистку межэлектродного промежутка от продуктов эрозии.

2. Расчёт и установление оптимальных значений скорости вращения ЭИ, давления прокачки жидкости, обеспечивающих эффективную очистку межэлектродного промежутка от продуктов эрозии.

3. На основе многофакторного планирования экспериментов разработка эмпирической математической модели, устанавливающей взаимосвязи электрических и динамических параметров процесса ЭЭС, при массовыносе продуктов обработки для выбора оптимальных режимов обработки и управления процессом с целью повышения производительности, улучшения качества и снижения износа ЭИ в процессе технологической подготовки производства.

4. Разработка технологических рекомендаций для проектирования процесса ЭЭС при обработке отверстий малых диаметров в различных деталях ТЛМ из жаропрочных сплавов.

Методы исследований. Теоретические исследования базируются на основных положениях теории электрических методов обработки, технологии машиностроения, термодинамики и гидравлики. Для математической обработки экспериментальных данных и проверки адекватности математических моделей использовались методы регрессионного анализа и математической статистики. Моделирование, обработка и анализ результатов исследований проводились с

использованием вычислительной техники и лицензионных программных пакетов ANSYS, Excel и др.

Экспериментальные исследования проводились с использованием современных методик, аттестованных приборов и аппаратуры, с применением методов многофакторного планирования экспериментов в лабораторных и производственных условиях.

Научная проблема - создать теорию массовыноса продуктов обработки, позволяющую интенсифицировать прошивку отверстий малого диаметра на большую глубину.

Научная новизна работы

1. Установлена физическая природа и механизм повышения производительности процесса ЭЭС за счёт управления массовыносом продуктов обработки вращающимся полым ЭИ с одновременной прокачкой через внутренний канал рабочей жидкости под высоким давлением.

2. Теоретически и экспериментально установлены оптимальные значения величин давления для прокачки рабочей среды и скорости вращения ЭИ для различных диаметров отверстий, обеспечивающие требуемое удаление продуктов обработки и повышение скорости прошивки отверстий до 15-20 раз по сравнению с известными методами ЭЭО при снижении глубины изменённого слоя не менее чем в 1,5 раза.

Практическая значимость

1. На основе многофакторного планирования экспериментов разработаны эмпирические математические модели, определяющие интенсификацию процесса массовыноса с учётом электрических и динамических параметров процесса электроэрозионного сверления, для ускоренного выбора оптимальных режимов обработки и управления ими с целью повышения производительности, улучшения качества и снижения износа ЭИ.

2. С использованием математических моделей разработан алгоритм и составлена компьютерная программа, позволяющая ускоренным методом назначать оптимальные режимы и обеспечивать интенсификацию процесса ЭЭС отверстий малых диаметров в деталях TJIM из жаропрочных сплавов в процессе технологической подготовки производства.

3. Определены оптимальные режимы ЭЭС и разработан технологический процесс обработки отверстий малых диаметров в жаропрочных сплавах, в том числе обоснован расчёт давления прокачки рабочей среды и скорости вращения ЭИ, обеспечивающих интенсивный вынос продуктов обработки и увеличение скорости прошивки отверстий малого диаметра, что позволяет существенно повысить производительность, улучшить качество обработки и увеличить стойкость ЭИ.

4. Данные рекомендации внедрены в производство при изготовлении большой номенклатуры деталей на ОАО «Пермский моторный завод». При этом значительно сократилась трудоёмкость обработки, а глубина изменённого поверхностного слоя перфорированных отверстий снизилась в 1,5 раза. Внед-

рение новой технологии позволило получить годовой экономический эффект более двух миллионов рублей.

Достоверность и обоснованность научных результатов

Подтверждается сходимостью экспериментальных и производственных данных с результатами теоретических исследований и моделирования процесса ЭЭС, а также практической реализацией результатов исследований на производстве.

Результаты исследований внедрены в трёх механических цехах ОАО «Пермский моторный завод» при обработке охлаждающих отверстий в более чем 30 наименований деталей: рабочих и сопловых лопатках турбины высокого давления, газосборниках, жаровых трубах из жаропрочных сплавов на никелевой основе.

Материалы исследований используются в учебном процессе в ПНИПУ по дисциплине «Технология машиностроения».

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях различного уровня: IV-й ежегодной Всероссийской научно-техническая конференции молодых специалистов (Уфа 2008); Международном молодёжном форуме «Будущее авиации за молодой Россией» - международный салон «Двигатели-2010», (Москва 2010); Международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера XXI века», (Севастополь 2010, 2013); «I международной научно-практической конференции «Молодые учёные прикамья - 2011», (Пермь 2011); Всероссийской научно-практической конференции «Наукоёмкие технологии в машиностроении», (Башкортостан 2012); Международных молодёжных научно-технических чтениях им. А.Ф. Можайского, (Алушта 2013).

Работа экспонировалась на выставках авиационной тематики и металлообрабатывающего оборудования и отмечена дипломами на XI международном салоне «Двигатели-2010» в Москве в 2010 г.; на выставке «Станки. Приборы. Инструмент» в Перми в 2011, 2012 и 2013г.г.

В полном объёме работа заслушивалась, обсуждалась и рекомендована к защите на заседаниях: кафедры ИТМ ПНИИПУ (г. Пермь); кафедры РМСИ РГАТУ (г. Рыбинск); кафедры ТМС ВГТУ (г. Воронеж).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объём работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы и приложения. Текст диссертации изложен на 130 страницах,

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении изложена актуальность и практическая значимость проводимых исследований. Представлена общая характеристика содержания диссертационной работы. Сформулирована цель и задачи проведения работы.

В первой главе представлен анализ конструкторско-технологических требований к охлаждаемым деталям ТЛМ и основных методов обработки отверстий малых диаметров. К ним относятся рабочие и сопловые лопатки турбины, жаровые трубы камеры сгорания, газосборники, и др. детали ТЛМ, в которых конструктивно предусмотрено большое число различно расположенных охлаждающих отверстий различных диаметров от 0,45 до 1,8 мм (рис. 1).

Рис. 1. Типовые детали с охлаждающими отверстиями: а) сопловая лопатка турбины - 260 отв. диаметром 0,6+0,8 мм; б) рабочая лопатка турбины -168 отв. диаметром 0,45+0,65 мм; в■) труба жаровая - 964 отв. диаметром 0,7+1,5 мм;г) газосборник- 3156 отв. диаметром 1,1+1,8мм и д)увеличенный вид отверстий

Приведён сравнительный анализ литературных данных и опыта предприятий по производительности, качеству и себестоимости известных методов обработки отверстий малых диаметров в жаропрочных сплавах: механическое сверление; прошивка лазером; электрохимическая и ультразвуковая обработка; струйно-абразивная обработка; электроэрозионная обработка и др. Рассмотрены результаты исследований отечественных и зарубежных учёных по проблемам обработки отверстий малых диаметров. Установлено, что из всех рассмотренных методов наиболее рациональный и обеспечивающий выполнение технических требований метод - это электроэрозионная обработка. Основные теоретические положения по производительности, качеству обработки и стойкости электродов в зависимости от электрических параметров ЭЭО рассмотрены в научных школах Москвы, Санкт-Петербурга, Воронежа, Тулы, Рыбинска, Уфы и др.

При анализе опыта предприятий установлено, что для обработки рассматриваемых отверстий наиболее широко применяется метод электроэрозионной обработки группой стержневых электродов. К недостаткам такой обработки относятся низкая производительность и большая глубина изменённого поверх-

ностного слоя отверстий. Низкая производительность (скорость прошивки 3+5 мм/мин), большая величина (до 40+50 мкм) изменённого слоя обусловлены необходимостью частой остановки процесса и вывода электродов из отверстия для очистки от скопившихся в межэлектродном пространстве продуктов обработки (шлама) для предотвращения возможного короткого замыкания. В последнее время для обработки этих отверстий на предприятиях используется более эффективная ЭЭО с использованием полого вращающегося ЭИ с внутренней прокачкой под давлением рабочей среды — электроэрозионное сверление на станках с ЧПУ, называемых «супердрелями». В то же время внедрение этого прогрессивного метода сдерживается из-за недостаточной научной и практической проработки процесса, отсутствия результатов научных исследований и практических рекомендаций. Имеющиеся сведения о производительности ЭЭС не отвечают постоянно растущим кон-структорско-технологическим требованиям производства новых лопаточных машин. Отсутствие научно обоснованных рекомендаций по повышению производительности путём управления массовыносом при обеспечении требуемого качества и износостойкости ЭИ требует проведения глубоких теоретических и экспериментальных исследований для оптимизации и управления данным процессом. В связи с этим сформулирована цель и поставлены задачи выполнения теоретических и экспериментальных исследований.

Вторая глава посвящена теоретическому обоснованию возможности повышения производительности процесса ЭЭС на основе рассмотрения физической природы и термодинамики.

Производительность ЭЭО отверстий постоянных по глубине диаметров определяется скоростью движения ЭИ при прошивке. Известно что, ЭЭО производится за счёт совокупного удаления единичных объёмов материала с заготовки в результате расплавления энергией периодических электрических разрядов. Производительность обработки зависит от объёма материала, удаляемого

Рис. 2. Схема массовыноса при ЭЭС, Ь — глубина отверстия; Рж — давление идкой рабочей среды (ЖРС) на входе в отверстие (с!,с) ЭИ (йэ); Р,, - радиальное давление ЖРС за счёт центробежных сил, создающихся в торговой части ЭИ; п - частота вращения ЭИ; 5Й -боковой межэлектродный промежуток; У^. - скоюость прокачки ЖРС

за один импульс, от частоты их следования и от интенсивности массовыноса продуктов обработки (рис. 2). Удаляемый материал выбрасывается в межэлектродный промежуток (МЭП), изменяя условия протекания жидкой рабочей среды (ЖРС). Поэтому для обеспечения производительного процесса обработки необходимо разработать механизм интенсификации массовыноса при ЭЭС отверстий малого диаметра:

- начальные условия: диаметр отверстий от 0,45 до 1,8 мм; глубина отверстий и требования по технологическим показателям согласно рабочим чертежам;

- граничные условия: предельная глубина отверстий до 20 диаметров; материал - никелевые сплавы; предельная частота вращения ЭИ более 100 об/мин; средняя скорость подачи ЭИ не менее 10 мм/мин;

- допущения: расчётная длина пути прокачки ЖРС равна удвоенной глубине отверстий (радиус и диаметр <1о отверстия в ЭИ можно не учитывать); твёрдые продукты обработки полностью переходят в ЖРС (масса продуктов обработки равна массе снятого при обработке материала); при прошивке не происходит загрязнения ЖРС (поступает свежая или очищенная); боковой МЭП постоянный и не учитывается его уменьшение по глубине на 1-3°.

Скорость прокачки ЖРС должна обеспечить вынос продуктов обработки при средней концентрации (ф) их в ЖРС не более предельно допустимой, устанавливаемой для каждого вида обработки. При обработке отверстий малого диаметра предельная объёмная концентрация (ср„) составляет 2-5 % и оценивается по границе резкого снижения интенсивности съёма материала, чем меньше диаметр отверстий и больше их глубина (Ь на рис. 2), тем ниже уровень ф„.

Из рис. 2 критерий массовыноса имеет вид

г/ с к-Ач п\

4 <7'Г„

где к = у/-а. Здесь у/ = (/"- частота импульсов, вызывающих эрозию;

/г - частота импульсов, вырабатываемых генератором); <р зависит от интенсивности массовыноса продуктов обработки ЖРС, при высоких скоростях ЖРС <р=0,4-0,5; а - объём материла, снимаемый одним импульсом с энергией 1 Дж. В общем случае коэффициент к зависит от состояния рабочей среды, скорости прокачки ЖРС и вращения электрода, диаметра отверстия, вида импульсов. В справочниках указывается коэффициент к (коэффициент обрабатываемости) для базового материла сталь 45. Для других материалов величина к0 выбирается как повышающие или понижающие коэффициенты ки, к0 = к ■ ки, где ки-0,7-0,8 -для жаропрочных сплавов, к„=1,5-2,5 для алюминиевых и магниевых сплавов; с/ — скважность прохождения импульсов (^=1,2-1,5)', г„ — длительность импульсов. <7 • г„ = ]/., здесь/- частота следования импульсов для ЛС схемы

-Чг^г ' ®

2,3/?-С-1ё 0 '

где Я - сопротивление первичного контура (регулируется по величине тока короткого замыкания ¡¡а); и о - напряжение холостого хода (и0=65-110 В)\ 11к - напряжение в конце пробоя (и/с=0,4-0,51/п); иПГ - напряжение пробоя межэлектродного промежутка (ипг=0,711о); С - ёмкость конденсаторов (

с" /(0,7- и0у>-

Энергия импульсов (А„) зависит от схемы обработки. Для ЯС - схемы 2 / г" Аи = 9 ддЯ тиристорных генераторов Ан = ]/-Шг или приближённо

о

(3)

где и^ = (0,5-=-0,75)-С/0; /,.„ = (0,5 + 0,75) • /„,. Величина 1/Ср и 1ср снижается по мере уменьшения диаметра отверстия и увеличения глубины обработки.

Ток короткого замыкания 1к.з. может быть определён через длительность импульса (г„) по формуле

= (5ч-8)-г„. (4)

При известных 1/о и 1кз сопротивление контура

(5)

Из (1) можно установить скорость Уж для выноса продуктов эрозии

_Ю

Здесь величина Бв зависит от энергии импульса А„ и скорости прокачки Уж. Средняя величина = кб - Л"7, где 5У - торцевой зазор, вычисляется по энергии импульса А„ по эмпирической зависимости 57 = к2, ■ ^ ^^. Для интенсивной

прошивки к;=0,5-0,55, коэффициент &«=/,5-2,0.

Проведённые по формуле расчёты показали, что при высоких давлениях на входе (Рж=10-20 Мпа) и частотах вращения ЭИ (и до 100 об/мин) скорость Уж превышает 10-12 м/сек, обеспечивая скорость подачи ЭИ до 15-20 мм/мин.

Давление Рж складывается из двух составляющих: Рж = Р, + Р2, где I'/ - перепад давления, необходимый для протекания ЖРС с вязкостью цж через отверстие (¿0 на рис. 2); Р2 - противодавление, необходимое для преодоления местных (Рм) и путевых (Рп) сопротивлений.

Р,=АУж,1,мж,<Р.). Р2 = к, Ь, (7)

где - коэффициент местных потерь при течении ЖРС (места поворота потока, см. рис. 2); А/ - количество местных сопротивлений (к,=2)\ £ - коэффициент путевых потерь (учитывают наибольшие потери напора в момент окончания процесса прошивки).

Условия течения ЖРС по сечению отверстия малого диаметра практически постоянные. Тогда по уравнению Гагена-Пуазейля величина

(8)

ьб

Технологический параметр

еж= -+>«•#,(9)

где ко - обобщённый коэффициент, учитывающий численные значения, входящие в зависимость (6) и (8); кв - коэффициент, учитывающий влияние вращения на сопротивление потока на выходе из зоны обработки, кв=1,5-2. Частота п (рис. 2) оказывает существенное влияние на массовынос за счёт снижения коэффициента трения потока ЖРС в узком боковом зазоре 5„- за счёт замены трения скольжения (/с) на трение качения (/„).

(ю)

¿с

Таким образом определены основные технологические параметры технологического процесса высокоскоростной прошивки: давление на входе (Рж), сила тока (1к.з), напряжение {II0), сопротивление первичного контура (Л), диапазон угловой частоты (я), что позволяет получить скорость подачи ЭИ (прошивки) до 20 мм/мин при сохранении заданных технологических показателей отверстий.

В третьей главе представлено методическое обеспечение проведения экспериментальных исследований ЭЭС отверстий малых диаметров в деталях из жаропрочных сплавов с использованием полого вращающегося ЭИ с целью доказательства возможности повышения производительности и качества обработки.

Основным критерием, определяющим выбор режимов обработки, является максимальная производительность процесса при условии получения заданной точности, шероховатости и величины изменённого слоя обработанной поверхности. Для проведения оптимизации процесса электроэрозионного сверления с целью повышения эффективности обработки был поставлен полный факторный эксперимент. Основной комплекс экспериментальных исследований выполнен на электроэрозионном 7-ми осевом станке с ЧПУ типа «супердрель» модели Т8Н-600У. Выбор наиболее значимых параметров, влияющих на производительность и качество электроэрозионного сверления, проводился по предварительным однофакторным экспериментам. В результате этих экспериментов

определили наиболее значимые факторы, установленные из управляемых параметров: IP - пиковый ток, A; TON - длительность импульса, мкс; TOFF - длительность паузы между импульсами, мкс; САР - подключение конденсаторов; SV - базовое значение сервонапряжения, подаваемое на двигатель рабочей подачи; SENS - чувствительность сервопривода; PR - давление прокачки; V -скорость вращения ЭИ.

Лабораторные исследования обработанных отверстий проводились на прямоугольных образцах (20x60x10 мм) из жаропрочного сплава на никелевой основе марки ЖС26, используемого для изготовления лопаток. Образец закрепляли на глобусном столе станка TSH-600V.

Т.к. предварительные исследования показали, что ЭИ из латуни обеспечивает более стабильный процесс обработки в деионизированной воде в отличие от медного, поэтому весь комплекс экспериментов проводили с использованием ЭИ из латуни. В качестве ЭИ использовали латунную трубку с наружными диаметрами 0,5, 0,7 и 1,0 мм, при этом внутренний диаметр составляет 0,2, 0,3 и 0,5 мм соответственно (рис. 3).

Экспериментальная обработка отверстий в образце производилась в деионизированной воде, подаваемой в зону обработки снаружи методом полива, без полного погружения образца и с прокачкой через ЭИ. Вода наиболее эко-

j комически це-

¡0 41лесообразное

?! Чаз^ сырьё по срав-

' нению с угле-

водородными

Рис. 3. Электрод-инструмент с возможными сечениями рабочими сре-

дами, имеет меньшую вязкость и меньшую толщину пограничного слоя, что способствует лучшей прокачиваемое™ через отверстие в ЭИ и обеспечению интенсивного массовыноса продуктов обработки.

Исследования микроструктуры и глубины изменённого слоя (рис. 4) обработанных отверстий производили на электронном микроскопе NEOPHOT-32 с возможностью 1000-кратного увеличения. Для этого специально подготавливались полированные образцы из поперечных срезов отверстий.

При проведении опытных работ определялись следующие выходные параметры:

производительность обработки как отношение глубины обработанного отверстия /„ к времени обработки Т:

НМННИНВН!

m

'áS^-

а) . б)

Рис. 4. Изображение микроструктуры обработанных отверстий

Р = мм/мин; (11)

относительный линейный износ ЭИ как отношение фактического износа ЭИ 1т к глубине обработанного отверстия /с:

г = кхюо, (12)

К

величины изменённого слоя А, мкм, по изменению микроструктуры

образцов.

В четвёртой главе приведены результаты экспериментальных исследований влияния режимов и условий ЭЭС жаропрочных сплавов на производительность, качество обработки отверстий и износ ЭИ. Полученные результаты достоверно подтверждают теоретические исследования, приведённые во второй главе. Практически установлено, что при увеличении давления прокачки с 30 кгс/см2 до 100 кгс/см2 происходит снижение относительного износа ЭИ диаметром 0, 5 мм в 1,5 раза, а производительность обработки растёт также в 1,5 раза (рис. 5).

8 350.00 5 зоо.оо

1 §¡¡0-00--

5 |во.оо .......—.....................................

£%0.00 ....................................

8 юо.оо

| 50.00 ------

о.оо -I-:--.--~

а) 0 20 40 60

Давление прокачки

Рис. 5. Зависимость влияния величины давления прокачки на: а) износ ЭИ и б) производительность обработки

Дальнейшее увеличение давления не обеспечивает снижения износа и роста производительности, т.к. происходит ухудшение гидродинамического массо-выноса частиц.

Установлено, что с увеличением вращения ЭИ (рис. 6) снижается относительный износ и увеличивается производительность. Относительный износ ЭИ при частоте вращения 60 об/мин меньше в 1,2 раза, чем при обработке без вращения. Производительность обработки увеличивается в 1,4 раза при вращении ЭИ с частотой 60 об/мин, чем при обработке невращающимся ЭИ. Вращение влияет на процесс обработки в меньшей степени, чем прокачка рабочей среды, поэтому дальнейшее увеличение частоты вращения нецелесообразно. Полученные практические результаты совпадают с теоретическими расчётами.

80 100 воды Р

б)

0 00 ■ 9 00

роо ?00 5 00 5 00 •

а.оо в оо • роо (1 00

Ь оо — о

50 100 150

Давление прокачки воды Р

О 60 О 60

а. Скорость вращения ЭИ, об/мин Q) Скорость вращения ЭИ, об/мин

Рис. 6. Зависимость влияния величины скорости вращения на: а) износ ЭИ и б) производительность обработки

С учётом назначения оптимальных величин давления прокачки жидкой рабочей среды и скорости вращения ЭИ проведён расчёт эмпирических математических моделей, учитывающих влияние электрических параметров на производительность, износ ЭИ и качество обработки. Определено, что из всех параметров наиболее значимые факторы это - пиковый ток (IP); длительность импульса (TON); длительность паузы между импульсами (TOFF), т.к. они в наибольшей степени влияют на производительность, износ ЭИ и параметры качества. По предварительным экспериментальным данным были построены зависимости для анализа характера влияния и определения граничных уровней значимых факторов.

В результате планирования эксперимента было определено количество опытов полного факторного эксперимента. Для полной оценки процесса электроэрозионной прошивки отверстий выбрано два уровня регулирования, т.о. получили двухуровневый трёхфакторный эксперимент N=23.

Используя программный пакет MathCAD и соотношения для пересчёта кодированных значений факторов эксперимента для вычисления выходной величины в точках факторного пространства, получили следующий вид уравнений регрессии с символьными обозначениями режимов обработки:

- уравнение регрессии при расчётном массовыносе для определения производительности обработки:

yl = 1,224 8+1,19948- 1п(х,) - 0,25149- 1п(х3), (13)

где у, х - символы режима обработки;

- уравнение регрессии для определения величины износа электрода-инструмента:

у2 = 7,93847-1,62087- 1п(х,) - 0,70617- ln(jc2) - 0,8711 • 1п(хг) + 0,53202- 1п(х,) ■ 1п(дг2) + + 0,60612- 1п(х,) • 1п(х2) + 0,22673- 1п(х2) ■ 1п(*3) - 0,14782- 1п(х,) - 1п(х,) • 1п(*3)

- уравнение регрессии для определения величины изменённого слоя:

уЗ = 3,04286- 0,05866- 1п(х,) - 0,06727- ln(jc2) + 0,18184- ln(x,) • 1п(х2) (15)

Для получения математических моделей, адекватно описывающих процесс ЭЭО, выполним операцию, обратную логарифмированию, то есть найдём функцию ЕХР выходной величины (функции отклика). В результате преобразования получены эмпирические математические модели:

- математическая модель определения производительности обработки

Г>г = е>''224к х /Р]Л"'4Я хTOFF"'2'"9; (16)

- математическая модель определения величины износа электрода-инструмента

j _ 7.93847 *r>—1,62087+0.53202-ln(7"O.V}+0,606124п(Г0/7г)-О.14782-1п(Г0Л')-1п(7'0/7г>

1П — с X 11 X ..

X roiV-».™l^».22673.1„,roFF) х TOFF-0.glm. '

- математическая модель определения величины измененного слоя

д. _ ^3.04286 ^ yp-0.05866+0.181841n<raV) х уфдг-0 06727 (18)

Пятая глава посвящена разработке технологических рекомендаций по оптимизации процесса электроэрозионного сверления отверстий малых диаметров.

При решении задачи оптимизации режимов ЭЭО есть необходимость одновременного достижения нескольких целей, которые являются противоречивыми (достижение максимальной производительности процесса при минимальном износе ЭИ и улучшенном качестве обработки). Полученные математические модели связывают оптимизируемые параметры с входными факторами, но одновременно оптимизировать эти параметры невозможно. Поэтому необходимо оптимизировать один параметр, наиболее важный, при ограничениях, налагаемых на другие параметры. Для этого из трёх выходных параметров выбирается один наиболее значимый в качестве параметра оптимизации, а остальные будут служить ограничениями. За выходные параметры, которые будут служить ограничениями, выбраны износ электрода-инструмента и величина изменённого слоя. А в качестве обобщённого критерия, наиболее важного и называемого целевой функцией, выберем производительность обработки. В соответствии с анализом результатов по качеству и износу, устанавливаются следующие ограничения: производительность Рг максимально возможная; относительный износ In < 400%; величина изменённого слоя К < 30 мкм. Для расчёта оптимизированных режимов процесса ЭЭО отверстий малого диаметра на языке программирования Pascal составлен алгоритм и программа. В результате расчёта получены оптимальные значения параметров режима обработки при оптимальных параметрах массовыноса - давление прокачки 100 кгс/см2 и скорость вращения ЭИ 60 об/мин (см. табл.1).

Таблица 1

Оптимальные значения параметров режима обработки _

IP (пико новый ток, А) TON (длительность импульса, мкс) TOFF (длительность паузы между импульсами, мкс) In (относит, износ электрода, %) Рг (производитель-ность, мм/мин ) К (величина измененного слоя, мкм)

оп-

тим

. 5 6 40 368 14,28 28,57

max 6 40 50 510 10,91 48,98

min 2 6 10 294 4,38 22,36

ср. 4 23 30 371 7,63 34,50

В шестой главе приведены результаты внедрения технологии высокоскоростной электроэрозионной обработки отверстий. Технологический процесс имеет следующие особенности:

1. Вводится новый параметр - давление жидкой рабочей среды на входе её в ЭИ. Расчёт этой величины выполняется по зависимости (9) или для конкретной детали по эмпирическим зависимостям и опытным кривым.

2. Вводятся граничные условия для управления окружной скоростью ЭИ по рекомендациям в главе 2.

3. По эмпирическим зависимостям (16, 17, 18) устанавливают параметры протекания процесса обработки отверстий малого диаметра:

- в виде скорости линейной подачи инструмента вдоль оси отверстия;

- величины износа в виде процента от объёма снимаемого материала;

- величины именного слоя, оцениваемого визуально.

В результате внедрения обработки на оптимизированных режимах получены следующие результаты:

- лопатка рабочая I ступени турбины высокого давления из материала ЖС26, обрабатываются 168 отверстий диаметром 0,45-0,65 мм - достижимое снижение трудоёмкости обработки в 2 раза;

- лопатка сопловая I ступени турбины высокого давления из материала ЖС6-ВИ, обрабатываются 280 отверстий диаметром 0,6-0,8 мм - достижимое снижение трудоёмкости обработки в 1,6 раза;

- труба жаровая из материала ВХ4Л-ВИ, обрабатываются 964 отверстия диаметром 0,7-1,5 мм - достижимое снижение трудоёмкости обработки в 2 раза;

- газосборник из материала ЭП648-ВИ, обрабатываются 3156 отверстий диаметром 1,1-1,8 мм - достижимое снижение трудоёмкости обработки в 1,5 раза.

Общий годовой экономический эффект при внедрённой технологии высокоскоростной электроэрозионной обработки на оптимизированных режимах с оптимальными параметрами массовыноса составляет более 2000 тыс. руб.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Анализ литературных данных и опыта производства на предприятиях по обработке отверстий малых диаметров в труднообрабатываемых жаропрочных сплавах показал, что здесь в настоящее время начал успешно применяться электроэрозионный метод. Для повышения эффективности предложено использовать электроэрозионное сверление полым вращающимся электродом-инструментом с внутренней прокачкой рабочей среды.

2. Установлены преимущества применения ЭЭС по сравнению с традиционной электроэрозионной обработкой стержневыми ЭИ:

- повышение производительности до 20 раз;

- повышение точности в пределах 0,02 мм;

- снижение высоты изменённого слоя в 1,5 раза (до 10-30 мкм);

- возможность производить обработку на глубину более 15 диаметров отверстий;

- возможность обрабатывать отверстия под различными углами к поверхности;

- возможность автоматизации процесса и управления обработкой большого количества отверстий.

3. Предложенные методы интенсификации массовыноса при электроэрозионной обработке позволяют повысить производительность, снизить величину изменённого слоя за счёт управления течением жидкой рабочей среды, оптимизации режимов электроэрозионной обработки по результатам физического моделирования и предложенных регрессионных зависимостей.

4.Установлено, что наиболее значимыми факторами для управления производительностью, качеством обработки и износом ЭИ в процессе ЭЭС отверстий малых диаметров в жаропрочных сплавах являются условия массовыноса, определяющие величину тока, длительность импульса, длительность паузы.

5.На базе проведённых экспериментов создана эмпирическая модель процесса ЭЭС полым ЭИ, позволяющая оптимизировать режимы обработки отверстий малых диаметров в деталях TJ1M из жаропрочных сплавов.

6.Формализованы основные взаимосвязи и закономерности между параметрами режима обработки отверстий (пикового тока IP, длительности импульса Топ и длительности паузы между импульсами Toff) и производительностью Рг, износом ЭИ In и качеством поверхности К при обоснованных параметрах массовыноса.

7.Разработан алгоритм и составлена компьютерная программа, позволяющая производить оптимизацию режимов ЭЭС отверстиий малых диаметров в деталях TJIM из жаропрочных сплавов.

8.Результаты проведенных исследований внедрены при электроэрозионном сверлении отверстий малых диаметров на ОАО «Пермский моторный завод» в лопатках рабочих и сопловых, газосборниках, жаровых трубах с годовым экономическим эффектом более 2000 тыс. руб. (см. акт внедрения в приложении).

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Владыкин, A.B. Повышение эффективности обработки отверстий малых диаметров в деталях из жаропрочных сплавов на основе применения метода электроэрозионного сверления [Текст] / A.B. Владыкин, В.Ф. Макаров // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П.А. Соловьёва. - 2010. - № 2 (17) - С. 29-37.

2. Владыкин, A.B. Эффективность электроэрозионного сверления отверстий малых диаметров в деталях из жаропрочных сплавов [Текст] / A.B. Владыкин, В.Ф. Макаров // Технология машиностроения. - 2011. -№ 5 - С.13-17.

3. Макаров, В.Ф. Оптимизация процессов скоростного электроэрозионного сверления отверстий малых диаметров в деталях из жаропрочных сплавов [Текст] / В.Ф Макаров., P.C. Абзаев, A.B. Владыкин // Справочник. Инженерный журнал. - 2013 - № 7 (196). - С. 8-13.

Статьи и материалы конференций

4. Исследование процесса электроэрозионной обработки отверстий малого диаметра в деталях из жаропрочного сплава [Текст] / Е.А. Евсин., A.A. Бельтюков, И.А. Пермяков, A.B. Владыкин // Вестник ПГТУ. - Пермь: ПГТУ, 2007. - С. 20-24.

5. Владыкин, A.B. Определение оптимальных режимов электроэрозионной обработки отверстий малых диаметров [Текст] //Сборник трудов IV научно-технической конференции молодых специалистов, посвященной 83 годовщине образования УМПО - Уфа: УМПО, 2008. - С. 40-44.

6. Макаров, В.Ф. Влияние режимов электроэрозионной обработки отверстий в жаропрочных сплавах на производительность и стойкость вращающегося полого электрода-инструмента [Текст] / В.Ф Макаров., A.B. Владыкин // Машиностроение и техносфера XXI века: сб. тр. XVII междунар. науч.-техн. конф., / М-во образования и науки Украины. - Донецк: ДонНТУ, 2010. - Т. 2 -С.135-138.

7. Макаров, В.Ф. Исследование процесса электроэрозионного сверления отверстий малых диаметров в деталях газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов [Текст] / В.Ф Макаров., A.B. Владыкин // Новые материалы и технологии в машиностроении: сб. науч. тр. - Брянск: БГИТА, 2010. — Вып. № 12 - С.78-83.

8. Владыкин, A.B. Внедрение прогрессивной электроэрозионной обработки отверстий малого диаметра в жаропрочных сплавах с использованием вра-

вдающегося полого электрод-инструмента [Текст] // I междунар. науч.-практ. конф. - Молодые учёные: сб. - Пермь: ПНИПУ, 2011. - С. 12-16.

9. Владыкин, A.B. Исследование влияния режимов прокачки и скорости вращения электрода-инструмента на производительность и качество электроэрозионной обработки перфорационных охлаждающих отверстий в деталях ГТД [Текст] / A.B. Владыкин, В.Ф. Макаров// Современные тенденции в технологиях металлообработки и конструкциях металлообрабатывающих машин и комплектующих изделий: межвуз. сб. - Уфа: УГАТУ, 2013. - С. 109-116.

10. Владыкин, A.B. Интенсификация электроэрозионного сверления отверстий в лопатках турбины ГТД из жаропрочных сплавов [Текст] / А.В Владыкин, В.Ф. Макаров // Международные молодёжные научно-технические чтения им. А.Ф. Можайского: тез. докл — Запорожье, 2013. — С. 140-142.

П.Макаров, В.Ф. Выбор оптимальных режимов электроэрозионного сверления отверстий малых диаметров в деталях из жаропрочных сплавов [Текст] / В.Ф Макаров., A.B. Владыкин // Современные тенденции в технологиях металлообработки и конструкциях металлообрабатывающих машин и комплектующих изделий: межвуз. сб. науч. тр. - Уфа: Ред. - издат. комплекс УГАТУ, 2012.-С. 146-153.

12. Владыкин, A.B. Расчёт производительности высокоскоростной электроэрозионной обработки отверстий в жаропрочном сплаве полым вращающимся электродом-инструментом [Текст] / А.В Владыкин, В.Ф. Макаров // Наукоёмкие технологии в машиностроении и авиадвигателестроении (ТМ -2012): материалы IV Междунар. науч.-техн. конф., посвящ. 75-летию В.Ф. Безъязычного - Рыбинск: РГАТУ им. П.А. Соловьёва, 2012. - Ч. II. - С. 135142.

13. Владыкин, A.B. Сравнительные исследования и оптимизация методов электроэрозионной обработки при сверлении отверстий малых диаметров в деталях из жаропрочных сплавов [Текст] / А.В Владыкин, В.Ф. Макаров // XXXVIII Гагаринские чтения: междунар. молодежная науч. конф.: сб. науч. тр.: - М.: [Издат. центр МАТИ], 2012. - Т. 2 - С. 8-9.

14. Владыкин, A.B. Повышение эффективности обработки отверстий малых диаметров в деталях ГТД из жаропрочных сплавов методом электроэрозионного сверления вращающимся полым электродом [Текст] / A.B. Владыкин, В.Ф. Макаров // Будущее авиации за молодой Россией: XI междунар. салон «Двигатели - 2010»: материалы Междунар. молодёжного форума - Рыбинск: Изд-во РГАТА им. П.А. Соловьёва, 2010. - С. 14-18.

15. Макаров, В.Ф. Применение совмещённой лазерно-электроэрозионной обработки отверстий малых диаметров в деталях из жаропрочных сплавов с керамическим покрытием [Текст] / В.Ф Макаров., A.B. Владыкин // Машиностроение и техносфера XXI века: сб. тр. XX междунар. науч.-техн. конф. - Донецк: Технополис, 2013. - Т. 2 - С. 105-109.

16. Макаров, В.Ф. Сравнительные исследования и оптимизация методов ЭЭО при сверлении отверстий малых диаметров в деталях из жаропрочных сплавов [Текст] / В.Ф Макаров., A.B. Владыкин // Наукоёмкие технологии в машиностроении: материалы всерос. научн.-практ. конф., посвящ. 30-летию фил. УГАТУ в г. Ишимбае и 80-летию УГАТУ. - Уфа: [УГАТУ], 2012. - С. 1011.

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» 394026, г. Воронеж, Московский просп., 14

Подписано в печать 13.11.2013 Формат 60x84/16 Бумага для множительных аппаратов Усл. печ. л. 1,1. Тираж 80 экз. Зак. № 226

Текст работы Владыкин, Алексей Валерьевич, диссертация по теме Автоматизация в машиностроении

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский

политехнический университет»

04201454332

На правах рукописи

ВЛАДЫКИН АЛЕКСЕЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ВЫСОКОСКОРОСТНОГО МЕТОДА ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ МАЛОГО ДИАМЕТРА С РЕГУЛИРОВАНИЕМ РЕЖИМОВ ПО МАССОВЫНОСУ

диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Специальность: 05.02.07 - Технология и оборудование механической и

физико-технической обработки

Научный руководитель д-р техн. наук, проф. Макаров В. Ф.

Пермь 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................................................................5

ГЛАВА 1 состояние вопроса, цель и задачи работы 9

1.1 Конструкторские и технологические требования к деталям теплонагружен-ных лопаточных машин..............................................................................9

1.2 Анализ существующих методов обработки отверстий малых диаметров в труднообрабатываемых сплавах............................................................20

1.3 Анализ опыта предприятий и литературы по обработки отверстий малых диаметров........................................................................................................................................29

1.4 Выводы по главе 1......................................................................................................................81

1.5 Цель и задачи исследования................................................................................................82

ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ МАЛЫХ ДИАМЕТРОВ ЗА СЧЁТ РЕГУЛИРОВАНИЯ МАССОВЫНО-СОМ..............................................................................................................................83

2.1 Гипотеза обеспечения повышения производительности при электроэрозионном сверлении за счёт регулирования массовыно-

сом..............:..............................................................................................................................................83

2.2 Критерий, устанавливающий взаимосвязь между интенсивностью образования продуктов эрозии и скоростью массовыноса..............................85

2.3 Установление регулируемых технологических параметров влияющих на интенсификацию процесса электроэрозионного сверления............................................................................................................................................................................86

2.4 Выводы по главе 2........................................................................................................................88

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО СВЕРЛЕНИЯ ОТВЕРСТИЙ МАЛЫХ ДИАМЕТРОВ............................................................89

3.1 Материально-техническое обеспечение экспериментального исследования................................................................................................................................................89

3.2 Методика проведения предварительных опытов и определение наиболее значимых факторов процесса................................................................................................99

3.3 Методика разработки математических моделей процесса электроэрозионного сверления....................................................................................................................101

3.4 Методика оптимизации параметров процесса электроэрозионного сверления............................................................................................................................................................................................................105

ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО СВЕРЛЕНИЯ ПРИ ОПТИМАЛЬНОМ МАССОВЫНОСЕ 107

4.1 Результаты исследования характера влияния параметра скорости вращения электрода-инструмента и давления прокачки жидкой рабочей среды на процесс электроэрозионного сверлени................................................107

4.2 Результаты предварительных исследований............................................................108

4.3 Результаты исследований с использованием методом планирования эксперимента......................................................................................................................................113

4.4 Определение уравнений регрессии для вывода математических моделей..............................................................................................................................................................121

4.5 Разработка математических моделей для определения производительности, износа электрода-инструмента и величины изменённого слоя................................................................... 123

4.6 Выводы по главе 4..........................................................................................................................126

ГЛАВА 5 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО СВЕРЛЕНИЯ ОТВЕРСТИЙ МАЛЫХ ДИАМЕТРОВ................................................................................................127

5.1 Анализ зависимостей математических моделей................................................127

5.3 Определение целевой функции..........................................................................................130

5.4 Алгоритм расчёта оптимальных значений параметров процесса электроэрозионной обработки......................................................................................................131

5.5 Программное обеспечение назначения оптимальных параметров режима электроэрозионной обработки..................................................................................133

ГЛАВА 6 РЕЗУЬТАТЫ ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ 134

6.1 Особенности технологического процесса электроэрозионной обработки отверстий малых диаметров в деталях теплонагруженных лопаточных ма- 134

шин.................................................................

6.2 Технико-экономический эффект внедрения результатов исследований................................................................................................................................................135

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ................................................................................................................................................137

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..................................................................139

ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Постоянное совершенствование современных теплонагруженных лопаточных машин (TJIM) для транспортных и стационарных установок направлено на повышение качества изготовления, ресурса и эксплуатационной надёжности, сокращения затрат на производство. Одним из эффективных методов повышения эксплуатационных характеристик TJIM является значительное повышение температуры газа перед турбиной. Но увеличение температуры, которая может достигать значений до 2200 К, приводит к снижению ресурса деталей и изделия в целом. Применение же новых более жаропрочных сплавов и теплозащитных покрытий не всегда позволяет устанавливать требуемую высокую температуру. В связи с этим актуализируется значение эффективности охлаждения деталей TJIM, работающих в высокотемпературном поле. К таким деталям относятся сопловые и рабочие лопатки турбины, жаровые трубы, газосборники лопаточных машин и т.п. Эффективность работы этих деталей во многом определяется эффективностью охлаждения их холодным воздухом, который подается через специально изготовленные отверстия малых диаметров от 0,45 мм до 1,8 мм, расположенных под прямыми и острыми углами (от 10° до 90°) к охлаждаемым поверхностям и с соотношением глубины отверстий к диаметру от 5 до 20. В качестве материалов для этих деталей применяют жаропрочные сплавы на никелевой основе типа ЖС6ВИ, ЖС26, ЖС32, ЧС70-ВИ и др., которые трудно поддаются обработке лезвийным режущим инструментом. Поэтому основным наиболее распространённым способом обработки таких отверстий является электроэрозионный метод прошивки стержневыми электродами-инструментами (ЭИ). В связи с большой номенклатурой деталей и множеством различно расположенных отверстий трудоёмкость обработки таких отверстий весьма велика. Например, при обработке более 110 000 отверстий малых диаметров в 150 деталях авиационной лопаточной машины общая трудоёмкость составляет более 3 000 нормочасов. Большая трудоёмкость, кроме того, вызвана и повышенными требованиями к обеспечению качества обработки отверстий, среди которых отклонение размера по диаметру не более 0,05-=-0,1 мм; шероховатость поверхности Ra<3,2 мкм; глубина изменённого слоя (без микротрещин) допускается не более 20 мкм.

Применяемая в настоящее время технология электроэрозионной обработки (ЭЭО) отверстий малых диаметров стержневыми неподвижно установленными ЭИ по производительности и качеству не удовлетворяет растущим требованиям производства лопаточных машин. В последнее время для обработки таких отверстий внедрятся более эффективный метод - электроэрозионное сверление (ЭЭС), т.е. электроэрозионная обработка с использованием полого вращающегося ЭИ и прокачкой под давлением диэлектрической рабочей среды через внутреннее отверстие. Опыт показывает, что применяя новый метод ЭЭС с научно-обоснованным управлением динамическими и электрическими параметрами процесса можно, помимо значительного повышения производительно-

5

сти, уменьшить теплонапряжённость процесса, повысить точность отверстий, уменьшить шероховатость обработанной поверхности и глубину изменённого слоя. Однако внедрение нового метода ЭЭС сдерживается из-за отсутствия результатов научных исследований по установлению закономерностей массовы-носа и взаимосвязей между динамическими и электрическими условиями обработки, требуемыми параметрами производительности, стойкости ЭИ и качества обработки. Отсутствуют практические рекомендации по выбору оптимальных режимов обработки, по внедрению нового процесса на деталях ТЛМ из жаропрочных сплавов. Поэтому рассматриваемая тема работы является весьма актуальной.