автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Технология комбинированной калибровки проточного тракта высоконапорных форсунок для газожидкостных сред

9 15-5/919

На правах рукописи

КОПТЕВ Иван Иванович

ТЕХНОЛОГИЯ КОМБИНИРОВАННОЙ КАЛИБРОВКИ ПРОТОЧНОГО ТРАКТА ВЫСОКОНАПОРНЫХ ФОРСУНОК ДЛЯ ГАЗОЖИДКОСТНЫХ СРЕД

Специальности: 05.02.07 - Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж-2015

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

Смоленцев Владислав Павлович,

доктор технических наук, профессор, Воронежский государственный технический университет, профессор кафедры технологии машиностроения

Бойко Анатолий Федорович,

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Технология

машиностроения», ФГБОУ ВПО Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова

Перова Анна Валерьевна,

кандидат технических наук, преподаватель ГБПОУ ВО «Воронежский авиационный техникум им. В. П. Чкалова»

ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет»

Защита состоится 18 ноября 2015 г. в 16 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета ДМ 212.037.04 на базе ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» (ВГТУ), ФГБОУ ВПО «Юго-Западный государственный университет» (ЮЗГУ), ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет» (БГТУ), по адресу: 394026, г. Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» и на сайте www.vorstu.ru.

Автореферат разослан . 20

Ученый секретарь диссертационного совета

Кириллов О.Н.

росс»;;.с-г'

ГОСУДАРСТВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. При изготовлении каналов в форсунках, особенно многоструйных, многокомпонентных, требуется обеспечить индивидуальные условия течения сред в каждом канале. Основными критериями оценки форсунок является расход компонентов и распыл струи на выходе из канала. Оба показателя должны быть в установленном диапазоне для каждого канала. Если форсунки объединены в виде огневой стенки, то там характеристики форсунок зависят от их размещения на огневой стенке и взаимодействия струй рабочей среды при ее подаче в зону горения.

Известные методы подбора форсунок в комплекты путем их селекции по расходу не дают требуемых результатов, т.к. не всегда позволяют оптимизировать суммарную плотность струи с общим расходом горючей смеси. Задача сильно усложняется, если применяются многоструйные форсунки, где при испытаниях выявляется выход сечения одного или нескольких каналов за предельные значения, установленные чертежом. В этом случае готовое изделие, как правило, признается бракованным, и ранее не поддавалось восстановлению. Аналогичная картина наблюдалась при управлении распылом форсунок, где даже незначительная доработка выходной кромки канала могла привести к неисправимому браку изделия.

' Созданные в последние годы комбинированные методы изготовления каналов с наложением электрического поля позволяют формировать качественные каналы любого профиля с регулируемым сечением и обеспечением требуемого распыла, что расширяет возможности разработчиков по проектированию тепловых двигателей новых поколений и улучшает позиции изготовителей по бездефектному выпуску качественных наукоемких изделий для подачи горючих сред. Такие исследования актуальны для ведущих отраслей машиностроения и востребованы промышленностью.

Работа выполнялась по тематическим карточкам Роскосмоса в рамках национального проекта «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (Постановление Правительства РФ № 568 от 26.07.2008 г.).

Целью работы является создание новых способов, устройств и адаптивной технологии для их реализации при комбинированной доводке каналов в форсунках для подачи горючих рабочих сред в зону горения.

Для достижения намеченной цели были поставлены и решены следующие задачи:

• Обоснование достижимых возможностей управления течением рабочих сред путем направленного формирования геометрии каналов комбинированными методами.

• Создание новых способов и устройств для комбинированного формирования проточной части каналов в форсунках.

• Разработка механизма формирования переходных участков каналов с учетом различных внешних воздействий на течение рабочих сред и их взаимодействия в процессе горения смесей.

• Разработка технологических процессов комбинированной доводки и калибровки каналов различного сечения и геометрии.

• Обоснование возможностей использования комбинированных технологий при создании новых поколений форсунок с расходными характеристиками и взаимодействием струй по требованиям разработчиков наукоемких изделий.

Научная проблема включает создание процесса комбинированной обработки и калибровки профильных каналов малого сечения с возможностью формирования рабочего тракта с индивидуальной геометрией, в том числе с возможностью снижения сечения по длине канала.

Методы и достоверность исследований.

Теоретические исследования выполнялись с использованием базовых положений по течению через узкие каналы газожидкостных сред, теории электрофизических, электрохимических и комбинированных методов обработки.

Прикладные исследования выполнялись на созданных экспериментальных установках и на промышленном оборудовании с использованием современной аттестованной измерительной и вычислительной техники.

Достоверность результатов работы подтверждена

экспериментальными исследованиями и хорошей сходимостью расчетных параметров с данными промышленных испытаний форсунок на двигателях космических аппаратов.

Научная новизна работы включает:

• Создание новых способов формирования и калибровки проточного тракта в многоструйных каналах путем комбинированного наращивания высокоресурсного слоя в каналах с регулируемой геометрией струи и с учетом течения сред через соседние каналы. На способы получены патенты РФ.

• Раскрытие механизма формирования требуемой геометрии каналов путем управления технологическим процессом комбинированной обработки по установленным в работе закономерностям с адаптивной связью расходных характеристик каналов форсунок и интенсивностью локального формирования качественного профиля проточной части изделий.

• Создание системы управления комбинированной обработкой и калибровкой каналов малого сечения путем адаптивного формирования технологических режимов по обратной связи от индивидуальных участков, определяющих показатели течения рабочей среды.

Практическая значимость заключается в следующем:

• Создание устройств, защищенных патентами РФ, для комбинированной обработки и калибровки каналов в форсунках, обеспечивающих управляемое изменение геометрии проточной части и получение кондиционных изделий для подачи горючих смесей, что отвечает требованиям разработчиков для наукоемких изделий новых поколений.

• Разработка перспективных комбинированных технологических процессов с регулируемыми параметрами режимов калибровки, расширяющих технологические возможности производства при создании одноструйных и многоструйных форсунок, огневых стенок и повышающих качество изделий до уровня, заложенного разработчиком новых изделий.

Личный вклад соискателя

• Создание новых, на уровне изобретений, способов и устройств для изготовления и доводки каналов в длиномерных отверстиях малого сечения с заданной геометрией, требуемой для получения качественного проточного тракта форсунок различных видов, работающих индивидуально или совместно при подаче рабочих смесей в зону горения.

• Создание новых электродов-инструментов для электроэрозионной и комбинированной обработки, повышающих точность, качество поверхности и производительность при изготовлении каналов в перспективных высокоресурсных наукоемких изделиях.

• Раскрытие механизма получения комбинированными методами сложнопрофильных качественных каналов малого сечения с геометрией, требуемой разработчиками современной наукоемкой техники и проектирование технологии получения качественных изделий на серийном предприятии.

• Обоснование перспектив эффективного использования предложенной технологии в различных отраслях машиностроения с учетом общих тенденций создания конкурентоспособной продукции.

• Внедрение результатов на серийном предприятии и в учебный процесс технических вузов, средних профессиональных технических заведений для сквозной подготовки и переподготовки специалистов всех уровней.

Апробация работы:

Результаты работы и ее составные части представлялись и обсуждались на: 3-й международной научно-технической конференции ССП-

2010 (г. Воронеж, 2010г.); 8-ой международной конференции молодых специалистов организаций ракетно-космической, авиационной и металлургической промышленности России (г. Королев, НОУ ДПО «ИПК Машприбор», 2010 г.); XII всероссийской научно-технической конференции и школе молодых ученых, аспирантов и студентов «Авиакосмические технологии» (АКТ - 2011, г. Воронеж, ОАО «ВАСО», 2011 г.); II молодежной научно-технической конференции «Аэрокосмическая техника: исследования, разработки, пути решения актуальных проблем», посвященной 65-й годовщине победы в Великой Отечественной войне (г. Москва, ФГУП «ГКНПЦ им. М. В. Хруничева», 2010 г.); XIX научно-технической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 50-летию первого полета человека в космос (г. Королев, ОАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия», 2011 г.); молодежной научно-технической конференции, посвященной 50-летию первого полета человека в космос (г. Воронеж, «ВМЗ» - филиал ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева», 2011 г.); XVII Макеевских чтениях - Российской научно-технической конференции, посвященной 87-летию со дня рождения академика Виктора Петровича Макеева (г. Воронеж, ОАО «КБХА», 2011 г.); VII международной научно-практической конференции «Перспективные разработки науки и техники» (Польша, г. Przemysl, 2011 г.); V международной научно-практической конференции «СТУДЕНТ. СПЕЦИАЛИСТ. ПРОФЕССИОНАЛ» (ССП -2012, г. Воронеж, 2012 г.); XV международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы техники и технологии» -«Технология-2012», посвященной 120-летию со дня рождения Н. Н. Поликарпова (г. Орел, ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК», 2012 г.); IV международной научно-технической конференции «ТМ - 2012» (г. Рыбинск, РГАТУ, 2012 г.), V International Conference «Science and Education» 27 -28.02.2014.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы прошли проверку в цехах ВМЗ - филиала ФГУП ГКНПЦ им. М.В. Хруничева и внедрены в серийное производство форсунок для двигателей космических изделий а также на НЛП «Гидротехника», ФПК «ВСЗ - Холдинг» с общим экономическим эффектом 1,3 миллиона рублей. Материалы проведенных исследований используются в учебном процессе ЛГТУ, ВГТУ, Юго-западного государственного университета.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ общим объемом 5,2 п. л., где соискателю принадлежит 1,87 печатного листа. В их число входит 6 публикаций в изданиях, по списку ВАК РФ, 5 патентов на способы, устройства и полезные модели.

В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежит: [1] - модель гальвано механического хромирования отверстий малого сечения по предложенной

технологической схеме; [2] - новые комбинированные процессы прошивки каналов и принципы комплектации форсунок на огневом диске; [3] -специфика теплообмена в зоне расположения форсунок; [4] - особенности нанесения бездефектной информации на детали с покрытием; [5] -специфика построения технологического процесса при комбинированной калибровке каналов; [6] - критерии массовыноса при одновременной обработке партии форсунок на огневом диске; [7] - принципы разработки конструкций универсального инструмента; [8] - обоснование области использования комбинированной калибровки отверстий малого сечения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, приложений, списка литературы из 100 наименований. Работа изложена на 194 страницах с 73 рисунками и 4 таблицами.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решаемой проблемы, сформулированы цель и задачи исследования, изложены основные положения, вынесенные на защиту, показаны научная новизна и практическая значимость результатов работы.

В первой главе раскрыты особенности работы в тепловых машинах и типовые конструкции высокотемпературных форсунок.

Рассмотрены параметры, позволяющие управлять подачей топлива через форсунки, технические средства для диагностики эксплуатационных характеристик и испытания форсунок различного вида.

Проведен анализ применяемых методов и технологических процессов, используемых для доводки параметров до уровня, требуемого для эксплуатации форсунок в изделии.

Анализ материалов позволяет сделать выводы, обосновывающие постановку задач работы:

конструктивные схемы известных форсунок отличаются многообразием и необходимостью использования новых, в том числе не исследованных, технологических приемов для их изготовления с целью повышения и стабилизации эксплуатационных характеристик;

- известные технологические приемы и средства их технического обеспечения не всегда позволяют сформировать геометрию проточной части, обеспечивающую возможность получения требуемого распыла и стабильности расхода, особенно при групповой работе форсунок, используемой в авиационной и ракетно-космической технике;

- анализ электрических методов обработки дает основание утверждать, что эти технологические приемы имеют наибольшие перспективы для совершенствования эксплуатационных характеристик форсунок, применяемых в двигателях космических аппаратов, где

предъявляются повышенные требования к форсункам, работающим одновременно на огневом диске, и рассогласование их параметров вызывает необходимость в трудоемкой и дорогостоящей доводке блоков для подачи топлива в зону горения. Для решения такой задачи требуется использование научной базы ранее выполненных исследований и разработка новых технологических методов и средств для комбинированной доводки проточного тракта форсунок;

- необходимо создание технологических способов и средств для снижения теплонапряженности форсунок, что позволит повысить их эксплуатационные возможности, в том числе для повышения характеристик двигателей летательных аппаратов.

Анализ состояния вопроса позволяет сформировать задачи исследований работы.

Во второй главе сформирована методика решения поставленных

задач.

В основу работы положены следующие научные гипотезы:

- применение комбинированных методов обработки с наложением электрического поля позволяет формировать проточную часть форсунок путем не только увеличения площади проходных сечений, но и снижения этого параметра путем наращивания качественного слоя в отверстиях малых размеров, что обеспечивает требуемую стабильность расхода горючих смесей как в пределах одной многоструйной форсунки, так и при совмещенной работе нескольких видов форсунок на единой огневой стенке;

- решение проблемы формирования проточного тракта форсунок с переменным сечением и профилем возможно контактно-механическим методом путем регулирования энергии электрического поля при катодном осаждении покрытия или локального анодного растворения материала канала малого сечения;

для выравнивания распыла целесообразно использовать электрохимическую размерную обработку для изменения геометрии кромок на входе и выходе струи путем индивидуального регулирования формы переходных участков каналов, как у отдельных форсунок, так и в их комбинации на огневой стенке;

регулирование съема и наращивания материала при комбинированной обработке возможно путем дозирования количества электричества по времени обработки каждого канала и назначения постоянной и переменной скорости зонной обработки каналов малого сечения;

- создание новых средств технологического оснащения для реализации предложенных способов электрических методов обработки возможно с использованием современного оборудования и средств

автоматизации, имеющихся на предприятиях авиационно-космической отрасли;

- решение задачи управления течением газожидкостных сред в каналах малого сечения может описываться нелинейными неустойчивыми параметрами колебательнбого движения с вторичными вихрями, что при современном уровне исследований может иметь решение, отражающее количественные показатели потока и направления воздействия на поток в процессе доводки профиля проточного тракта.

Обоснован выбор объектов исследования с учетом перспективности использования известных и вновь создаваемых форсунок с учетом их работы в двигателях нового поколения изделий авиационной и космической техники.

Создана научная база для проведения исследований, для чего проанализированы изобретения в рассматриваемой технической отрасли и выбраны те из них, которые направлены на управление эксплуатационными параметрами для проточной части деталей.

Разработан алгоритм решения поставленных задач, обеспечивающий достижение поставленной цели.

В третьей главе рассмотрен механизм управления процессом восстановления эксплуатационных характеристик форсунок тепловых двигателей.

При изготовлении форсунок, особенно многоструйных необходимо обеспечить требуемый расход горючей смеси и нужный угол распыла факела.

Расход определяется, в основном, площадью проходного сечения канала подачи смеси в зону горения. Для этого требуется либо увеличить, либо уменьшить диаметры одного или нескольких отверстий. Увеличение проходных сечений, как правило, выполняется электрохимической обработкой с использованием профильного металлического инструмента в каналах малого сечения с учетом ограниченных возможностей прохождения электрода через переходный участок «канал-магистраль». Для реализации способа соискатель предложил к тонкой проволоке, служащей электродом, прикладывать растягивающие силы с величиной не более половины предела прочности на разрыв для устранения коротких замыканий между электродами.

Известные ранее методы обработки не позволяют снизить площадь канала для подачи горючей смеси. Соискатель теоретически обосновал и защитил заявкой на способ и инструмент для получения в глубоких отверстиях качественного покрытия с толщиной до десятых долей миллиметра. Для этого предложено использовать разработанный учеными Воронежа механизм гальвано-механического хромирования специальным инструментом, приведенным на рис. 1.

Рис. 1. Инструмент для нанесения нанопокрытий в отверстия малого сечения (на примере форсунки)

1 - отверстие в форсунке; 2 - электрод-инструмент - токопроводящая проволока; 3 - дорнующие пояски; 4 - рабочая среда (электролит); 5 -покрытие; Р - сила перемещения инструмента в отверстии

Разработанный механизм регулируемого нанесения покрытия на боковую поверхность каналов малого сечения позволил обосновать требуемую скорость перемещения электрода вдоль отверстия и создать методологию расчета технологических режимов и параметров инструмента для комбинированной гальвано-механической обработки. Наибольшую сложность представляет управление распылом факела горения газожидкостной горючей смеси с переменными слабо управляемыми параметрами и при высоких перепадах давления, изменяющих газонаполнение и другие показатели струи в канале форсунки. Наблюдаемые на срезе сопла вихревые потоки можно изменять путем формирования переходного участка на срезе канала сопла в форме скругления.

Проведенные исследования показали, что пульсирующий поток в малых сечениях подчиняется закономерностям, полученным в работах К. М. Газизуллина, где пульсирующее движение многофазной среды характеризуется появлением одинарного или двойного вихря.

Численные методы расчета (при значительных допущениях) позволяют построить форму вихря, образовавшегося за счет скачка уплотнения на срезе сопла, и качественно раскрыть картину перемещения горючей смеси на границах факела распыла. Показано, что параметры вихря зависят от радиуса скругления кромки, который можно получить только управляемой электрохимической размерной обработкой.

На рис. 2 приведена схема формообразования переходных участков радиусами, величина которых зависит от времени обработки.

7

/ // III

а! Щ

Рис. 2. Схема формирования радиуса скругления на срезе форсунки

а) - общий вид; б) - динамика формирования радиуса (I, Д ///); 1 - отверстие в форсунке; 2 - электрод-инструмент; г1, г2 - радиусы скругления кромки; - начальный межэлектродный зазор

Модель процесса получения радиуса заданного размера может быть представлена при следующих допущениях:

- съем металла на кромке происходит локально, что позволяет принять получаемый радиус скругления близким к круговому сегменту;

- ток, поступающий для анодного растворения, концентрируется на кромке в течение всего периода обработки. Более строгое описание процесса анодного растворения предполагает наличие не только концентрации тока на кромке, но и его рассеивание по наружной поверхности форсунки вблизи отверстия. При этом количественный показатель плотности тока будет переменным, зависящим от величины радиуса скругления (г2 > г, на рис. 2). Но с учетом малых изменений радиуса, свойственных условиям доводки форсунок, подобное допущение вполне правомерно;

- съем металла на кромке происходит по биссектрисе угла.

Начальные условия для построения модели:

- обработка выполняется по схеме с неподвижными электродами;

- начальный межэлектродный зазор на рис. 2) устанавливается одинаковым при доводке всех кромок;

известны требования по величине радиуса скругления, экспериментально установленном в зависимости от распыла, необходимого для каждого канала.

Граничные условия:

- изменение радиуса скругления находится в узких пределах и не превышает для кромки отверстий малого сечения 0,1 - 0,2 мм;

- радиус скругления имеет одинаковую (в пределах допуска) величину по всей длине кромки;

Тогда управляющим параметром процесса формирования радиуса ( г ) скругления кромки будет время обработки (г ), определяемые по формуле

г-гЬ/г-ц-Ил/г-ц-а?,,], (1)

2тх(и-ш)

где у - плотность обрабатываемого материала; г\ — выход по току; а -электрохимический эквивалент обрабатываемого материала; / - удельная проводимость рабочей среды; С/ — напряжение на электродах; Л С/ — потери напряжения на электродах в межэлектродном зазоре.

Скорость прокачки элекгролита (Уд) через зазор должна быть не

менее

3,87» - г1 у1_ - (2)

0 ~ 2

Здесь V — кинематическая вязкость; у0 — плотность продуктов обработки (не более 2,5 • 10"3 г/мм2); Са - концентрация продуктов обработки на кромке (Ся=0,95 - 0,97); Сю — концентрация продуктов обработки на входе (Сы=0,04 - 0,05); В - коэффициент диффузии продуктов обработки в поток.

О = 0,96 • 10"3 [1+0,03 (Т-273)], (3)

где Т- средняя температура электролита.

Давление электролита (Р) в районе кромки должно обеспечивать получение скорости течения, рассчитанной по (2). С некоторыми допущениями величина Р может быть оценена по зависимости:

Р^б^Л. (4)

г

где ¡л. - динамическая вязкость среды.

Время получения расчетного радиуса (г) скругления кромки достаточно точно соответствует экспериментальным результатам (рис. 3), т.к. допуск на величину радиуса составляет до 1/3 номинального значения.

60

ш

20

о о,1 'а? ' о.з 'оа

Рис. 3. Время обработки, необходимое для скругления кромки радиусом г

Ло=0,1 мм, Уо= 5,3 м/с, материал детали - медный сплав, напряжение на элеюродах 9 В

1 - расчетная зависимость; 2 - экспериментальная зависимость.

Таким образом модель электрохимического скругления подтверждается экспериментально и результатами внедрения работы.

В четвертой главе приведены материалы по созданию методов и средств доводки характеристик форсунок, а также технологические процессы, разработанные соискателем для решения поставленных задач.

Для снижения площади проходного сечения предложен новый метод нанесения качественных покрытий на поверхности отверстий малого диаметра.

В работе показано, что использование технологических схем, применяемых ранее, не осуществимо для отверстий малого диаметра (менее 6-8 мм), так как для перемещения в отверстии инструмента для раскатки требуется пространство более 8-10 мм. Поэтому предложена новая схема гальвано-механического покрытия (см. рис. 1).

Принципиальным отличием схемы, приведенной на рисунке 1, от известных является совмещение в едином инструменте (электрод -инструмент 2 на рис. 1) и дорнующего элемента (в виде поясков 3). Кроме того, ограниченное пространство между инструментом (2) и отверстием (1) требует дозирования рабочей среды 4; малое сечение инструмента (2) приводит к необходимости ограничения силы (Р) до значения предела прочности инструмента - проволоки на разрыв. Для обеспечения требуемого контактного давления дорнующих поясков (3) с покрытием (5) сечение поясков уменьшается в направлении, обратном перемещению инструмента на величину покрытия.

Расчет основных параметров электрода - инструмента, приведенного на рисунке 1, включает: оценку количества (п,) одновременно находящихся в отверстии дорнующих поясков

П1 = ^ + ь (5)

I

где Ь - длина отверстия; I — шаг между соседними поясками (как правило, равен 1/2I).

Учитывая необходимость перемещения инструмента вдоль отверстия, количество опор в виде дорнующих поясков будет не менее 3 (рис.

4)-

Длина инструмента Ь„ для обработки отверстия длиной Ь (см. рис. 4) составит

где кд - ширина дорнующего пояска; 1,2 - коэффициент,

учитывающий технологические участки инструмента; т - количество проходов инструмента.

(о

Рис. 4. Схема нанесения покрытия в круглое отверстие: 1 - отверстие в форсунке; 2 - инструмент; 3 - дорнующий поясок; 4 - рабочая среда; 5 - покрытие получаемое в процессе его осаждения и работы поясков; ¿¡, ¿2, (1} — диаметр дорнующих поясков; - ширина дорнующего пояска; с1пр - диаметр проволоки; 5Э - межэлектродный зазор

Число па дорнующих поясков на инструменте

пд = т+1. (7)

Диаметр дорнующих поясков 4 (см. рис. 4) снижают по длине инструмента на величину нанесенного слоя Й//2 на половину длины отверстия, при этом с1/ = с10 (До - диаметр отверстия до нанесения покрытия). Тогда

4 = 4-1 - —

(8)

Диаметр инструмента-проволоки, с1„р рассчитывают исходя из необходимости размещения в пространстве Упр между соседними дорнующими поясками объема электролита, достаточного для выполнения химической реакции по осаждению требуемой толщины слоя к¡¡2 за период продвижения инструмента на длину 1/2 .

Объем покрытия К„, наносимого за один проход инструмента, составит

Л

2 2 4

Для известного состава электролита (в случае гальвано-мехенического хромирования использовали Сг2Оэ и Н2804) находится объемное содержание в нем металла Ум (в данном электролите - хрома) в единице его объема У0.

Тогда объем пространства У„р, занятого электролитом, можно найти по зависимости

V = V

г пр ¥ п —

V..

(10)

составит Ууа

Объем участка отверстия между соседними дорнующими полосками

. (И)

4 2

Отсюда объем участка проволоки- инструмента между соседними дорнующими поясками Ууп

V -

г уо

V = у - V -

г уп у уо ' пр =-

2 V..

Тогда сечение проволоки : ж/

гт пр!

о „ =-

пр! ~2~

М У

Для диаметра проволоки-инструмента с1пр, находим площадь ее

сечения

& =-

71(11

(12)

(13)

(14)

Тогда

4. 2

(15)

Значение <1лр округляют до стандартного значения с1„с.

Условием использования проволоки выбранного диаметра является сохранение ее прочности на разрыв <т„ при протягивании через отверстие с силой Р (см. рис. 1), которая рассчитывается при проектировании режимов обработки

2Р ' (16)

жГ

-<сг

Если условие (16) не вьшолняется, то снижают величину Л/, за счет чего уменьшается объем единичного покрытия, возрастает диаметр проволоки.

После нахождения с1пс определяют межэлектродный зазор Бэ (рис. 4)

Я* = ¿ф - с1по (17)

Величина 5э; должна быть не менее 0,02 мм, иначе могут возникнуть короткие замыкания.

С учетом параметров инструмента (см. рис. I и 4) проектируют технологический процесс нанесения покрытий.

Число т проходов инструмента в выражении (6) через участок ¿/2 отверстия зависит от толщины требуемого покрытия Ь„. Тогда расчетное значение

т,= К_. (18)

2Л,

Полученное значение округляется до целого числа т в ближайшую сторону, так как допуск на диаметр отверстия в форсунке многократно перекрывает погрешность, полученную за счег округления.

Время Г] осаждения слоя толщиной А, при скорости процесса Ку составит

т,= А_. (19)

щ

Толщина единичного бездефектного слоя А; ограничена (Л/ - 0,2 - 1 мкм), скорость осаждения V, в пределах 1-5 мкм/мин.

Если принять трехопорную схему обработки (рис. 1), то средняя скорость продольного перемещения инструмента составит

I IV IV

2г, /г, 2/г.

Силу Р перемещения инструмента-проволоки в отверстии (см. рис. 1) рассчитывают и корректируют по критерию (16):

К

Р=жРк-^с1( 1+Д (21)

где Р„ - контактная сила (Рк - 1 - 2 МПа);/- коэффициент трения, зависит от материала поясков и покрытия (выбирается по справочникам).

Время обработки т0 рассчитывают по зависимости

то = т1тп= . (22)

2Г,

Проанализирован процесс выбора оборудования для повышения качества изготовления каналов в форсунках.

Раскрыты возможности применения процессов доводки в перспективных конструкциях (в частности керамических) форсунок. Предложены новые методы маркирования изделий без разрушения диэлектрического покрытия.

Приведены результаты внедрения разработанных технологических процессов доводки и устройств для их реализации на предприятиях, выпускающих авиационно-космическую технику и изделия аналогичного профиля.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В результате выполнения работы на базе способов и устройств, предложенных соискателем и защищенных патентами РФ, создана технология комбинированной калибровки каналов в различных видах и сочетаниях форсунок для подачи газожидкостных рабочих смесей, что позволило реализовать перспективные проекты тепловых двигателей в условиях серийного производства.

Общие выводы:

1. Созданы способы и устройства с комбинацией в едином технологическом процессе регулируемых силовых воздействий и управляемых электрических полей, обеспечивающих получение высокоресурсных покрытий в каналах различных сечений с площадью менее 1 мм2, что ранее считалось недостижимым.

2. Разработан механизм формирования локальных участков каналов с площадью сечения менее 1 мм2 и системы управления технологическими режимами комбинированной обработки с учетом обратной связи о параметрах процесса, что позволило спроектировать технологии комбинированной обработки и калибровки критических элементов проточной части одно- и многоструйных форсунок, работающих индивидуально или в составе огневых днищ, содержащих несколько типоразмеров форсунок при общем количестве до 40-50 штук.

3. Приведены методы расчета технологических режимов комбинированной обработки и калибровки каналов, которые включают учет условий работы каждого канала в форсунке, рекомендации по размещению форсунок в огневой стенке, полярность при наложении электрического поля, изменение параметров пределах: напряжение от 6 до 100 В, контактное давление до 0,8 предела прочности материала проволоки на разрыв , плотность тока от 15 до 35 А/см2, скорость подачи рабочей среды от 1 до 8 м/сек.

4. Исследованы вопросы получения заданной разработчиком точности геометрии каналов, качества поверхностного слоя, получаемого комбинированной обработкой по разработанным способам, и раскрыты возможности использования предложенных способов и устройств в перспективных конструкциях наукоемких изделий. Показано, что уже достигнутые показатели точности соответствуют 5-7 квалитету, а шероховатость составляет Яа = 0,08 - 0,16 мкм, что значительно превышает

достигнутый уровень и отвечает требованиям к каналам проточной части форсунок перспективных изделий новых поколений.

5. Полученные результаты внедрены в производство, что подтвердило правомерность теоретических и практических исследований. При этом расхождение результатов укладывалось в доверительный интервал (р = 0,95).

6. Проведен анализ изделий машиностроения, в результате чего установлено большое количество изделий в авиакосмической, атомной отрасли, энергетике, транспортной технике, приборостроении, где предложенная технология может позволить расширить технологические возможности производства и способствовать созданию конкурентоспособной отечественной продукции.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Смоленцев, В. П. Технология электрохимического получения теплообменных поверхностей для интенсивного охлаждения [Текст] / В. П. Смоленцев, А. А. Коровин, И. И. Коптев, Е. А. Саптанаева // Наукоемкие технологии в машиностроении. - 2013 - №1. - С. 34 - 40.

2. Коптев, И. И. Изготовление и комплектация форсунок для подачи горючих смесей [Текст] / И. И. Коптев, В. П. Смоленцев, Е. А. Салтанаева // Сборка в приборостроении, машиностроении. - 2013. - №1 - С. 3 - 7.

3. Смоленцев, В. П. Технология получения нанопокрытий в каналах малого сечения [Текст] / В. П. Смоленцев, И. И. Коптев, Е. В. Смоленцев, Е. А. Салтанаева// Наноинженерия. - 2012. - №10. - С. 3 - 7.

4. Смоленцев, В. П. Технология маркирования металлических изделий [Текст] / В. П. Смоленцев, А. А. Козлов, А. А. Клименченков, И. И. Коптев // Сборка в приборостроении, машиностроении. - 2013. - №5. — С. 45 -48.

5. Смоленцев, В. П. Методология проектирования технологических процессов обработки наукоемких изделий с наложением электрического поля [Текст] / В. П. Смоленцев, А. А. Болдырев, И. И. Коптев, В. Г. Грицюк // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2012. -Т. 8, —С. 42-47.

6. Шаров, Ю. В. Моделирование процесса массовыноса при многоэлектродной обработке [Текст] / Ю. В. Шаров, В. П. Смоленцев, И. И. Коптев, И. Г. Дроздов // Вестник Воронежского государственного технического университета. -2013.-Т. 9.-№ 5.1.-С. 21 -24.

Статьи и материалы конференций:

7. Смоленцев, В. П. Локальная электрохимическая обработка универсальным инструментом [ Текст] / В. П. Смоленцев, Е. А. Салтанаева, И. И. Коптев // Обеспечение качества продукции на этапах конструкторской и технологической подготовки производства: межвуз. сб. науч. тр. Вып. 10 -Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2012. - С. 6 -13.

8. Владыкин, А. В. Оценка области использования электроэрозионной и комбинированной обработки для отверстий малого диаметра [Текст] / А. В. Владыкин, Е. Ю. Овчинников, И. И. Коптев // Обеспечение качества продукции на этапах конструкторской и технологической подготовки производства: межвуз. сб. науч. тр. Вып. 10 -Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2012. - С. 70 - 75.

9. Коптев, И. И. Контроль изготовления и доводка форсунок [Текст] / И. И. Коптев // Студент. Специалист. Профессионал. - 2013: материалы VI междунар. науч.-пракг. конф. -Воронеж: ЦНТИ, 2013. -С. 182 - 183.

10. Smolentsev, V. P. Infence psychophysiological Conditions of the exccutor on a management efficiency dynamic processes / V. P. smolentsev, I. I. Koptev // V International Conference «Science and Education» 27 - 28.02.2014. Nauka i studia. Przemyse, 2014, № 3, p. 49 - 52.

Патенты РФ:

11. Пат. RU 2537409 C2, Российская Федерация, МПК C25D5/04, C25D7/04, В23Н9/00. Инструмент и способ калибровки отверстий малого сечения в форсунках [Текст] / В. П. Смоленцев, Е. А. Салтанаева, И. И. Коптев, Е. В. Смоленцев; заявитель и патентообладатель Воронежский государственный технический университет. - № 2012140003/02; заявл. 18.09.2012; опубл.10.01.2015, Бюл. №1.-3 с.

12. Пат. RU 2537410 С2, Российская Федерация, МПК В23Н7/22, В23Н9/14. Электрод-инструмент для прошивки отверстий [Текст] / В. П. Смоленцев, И. И. Коптев, Е. А. Салтанаева, Н. В. Пишкова; заявитель и патентообладатель Воронежский государственный технический университет. - № 2012140004/02; заявл. 18.09.2012; опубл. 10.01.2015, Бюл. №1.-2 с.

13. Пат. RU 2553749 С2, Российская Федерация, МПК В23Н1/08. Способ термоэрозионной обработки [Текст] / В. П. Смоленцев, Ю. В. Шаров, И. И. Коптев, Е. В. Смоленцев; заявитель и патентообладатель Воронежский государственный технический университет. - № 2013100302/02; заявл. 09.01.2013; опубл. 20.06.2015, Бюл. № 17. - 6 с.

14. Пат. RU 2538456 С2, Российская Федерация, МПК В23Н9/14. Устройство для прошивки глубоких отверстий в металлических заготовках и способ с его применением [Текст] / В. П. Смоленцев, Ю. В. Шаров, И. И.

Коптев, Е. В. Смоленцев; заявитель и патентообладатель Воронежский государственный технический университет. - № 2013110209/02; заявл. 6.03.2013; опубл. 10.01.2015, Бюл. № 1. - 3 с

15. Пат. 1Ш 137221 1Л, Российская Федерация, МПК В23Н7/00. Электрод-инструмент для электроэрозионной прошивки глубоких отверстий (полезная модель) [Текст] / В. П. Смоленцев, Ю. В. Шаров, И. И. Коптев; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева". - № 2013119116/02; заявл. 24.04.2013; опубл. 10.02.2014, Бюл. № 4. - 3 с

Подписано в печать_._.20_г.

Формат 60x84/16 Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Зак. №_

Воронежский механический завод - филиал ФГУП «ГКНПЦ им. В. М. Хруничева» 394055, г. Воронеж, ул. Ворошилова, 22.

2015672941

2015672941