CC BY
10Решетневскуе чтения. 2013
УДК 621.923
АБРАЗИВНО-ЭКСТРУЗИОННАЯ ОБРАБОТКА ПОЛИДИСПЕРСНОЙ РАБОЧЕЙ СРЕДОЙ
В. А. Левко, Д. О. Харин
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31. Е-mail: [email protected]
Рассмотрено влияние абразивного наполнителя на реологические свойства рабочей среды для абразивно-экструзионной обработки. Введена зависимость процентного содержания в полидисперсной рабочей среде каждой зернистости абразива от его величины. Показано, что полидисперсные рабочие среды имеют более высокую эффективную вязкость и жесткость, что обеспечивает повышение производительности абразивно-экструзионной обработки по сравнению с использованием рабочих сред традиционного состава.
Ключевые слова: полидисперсная рабочая среда, абразивно-экструзионная обработка, абразивная цепочка, эффективная вязкость.
ABRASIVE FLOW MACHINING BY POLYDISPERSE WORKING MEDIUM
V. A. Levko, D. O. Kharin
Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russia. E-mail: [email protected]
The authors present a study of the effect of abrasive filler on the reology properties of the working media for abrasive flow machining. The dependence of the percentage of each abrasive grit in the working medium on its size was introduced. It was shown that polydisperse working media have higher effective viscosity and stiffness which provides increased productivity of abrasive flow machining in comparison with working media of traditional composition.
Keywords: polydisperse working medium, abrasive flow machining, abrasive chain, effective viscosity.
Основным отличием абразивно-экструзионной обработки (АЭО) от других видов струйной абразивной обработки является то, что в качестве носителя абразивных зерен применяется полимерная основа, способная к вязкоупругому деформированию. Поток вяз-коупругой рабочей среды в процессе АЭО при многократном сдвиговом течении принимает форму обрабатываемого канала, что позволяет осуществлять финишную обработку внутренних поверхностей слож-нопрофильных деталей.
Абразивные зерна в полимерной основе образуют пространственную структуру, которая существенно влияет на реологические свойства рабочей среды. При деформации среды абразивные зерна взаимодействуют друг с другом, образуя абразивные цепочки [1].
Производительность абразивно-экструзионной обработки определяется вязкоупругими свойствами рабочей среды, которые, в свою очередь, зависят от степени ее наполнения Ка абразивными зернами (процентное содержание от общей массы рабочей среды) и дисперсностью (величиной) наполнителя Ва. Варьирование численных значений Ка и Ва позволяет управлять величиной эффективной вязкости рабочей среды, а также ее упругими характеристиками (модулем Юнга и коэффициентом Пуассона).
Основной задачей при выборе состава является обеспечение такого соотношения вязких и упругих свойств, при котором рабочая среда обладала бы максимальной жесткостью, сохраняя возможность к сдвиговой деформации в обрабатываемом канале.
Параметры Ка и Ва при выборе состава среды связаны между собой обратной связью. Поэтому диапа-
зон варьирования численных значений Ка и Ва ограничен.
В настоящее время рабочие среды наполняют абразивом одной зернистости. В таких средах при деформации абразивные зерна образуют линейные цепочки, перемещающиеся только в своих линиях тока по всей длине обрабатываемого канала. В этом случае при установившемся режиме течения упругие напряжения возникают между линиями тока с разным градиентом скорости течения и на поверхности обрабатываемого канала.
Нами предложено наполнять рабочие среды абразивными зернами нескольких зернистостей. Такие среды можно назвать полидисперсными. В них образуется иная пространственная структура. В этом случае более крупные зерна играют роль центров, вокруг которых группируются более многочисленные зерна меньших размеров. В этом случае в рабочей среде возникают клубки, а образовавшиеся абразивные линейные цепочки имеют меньшую длину. При этом количество абразивных цепочек увеличивается.
Из реологии полимеров известно [2], что увеличение количества цепочек с одновременным уменьшением их длины ведет к увеличению жесткости полимерных композиций. Это происходит за счет появления дополнительных упругих взаимодействий между цепочками.
Для полидисперсных сред величина Ва' является средней приведенной. Расширяя диапазон зернистости абразива как в большую, так и в меньшую стороны от показателя Ва', возможно увеличить общее количество зерен в среде при неизменных значениях Ка' и Ва'.
Технология и мехатроника в машиностроении
Предложена зависимость процентного содержания в рабочей среде каждой зернистости абразива в зависимости от его величины:
Ka =
( k \
Ё щ
i=1
Bai
100
( k \ k Ё Ba Ё -
i=1
Bai
. %, (1)
где Ваi - дисперсность 1-й величины, мкм; Ка{ - содержание дисперсности 1-й величины в составе рабочих элементов, принимаемое в пропорциональном соотношении к 100 % содержанию; к - количество дисперсностей величин частиц, входящих в состав среды.
В полидисперсной рабочей среде, состав которой рассчитан по приведенной зависимости, расчетное количество абразивных зерен будет выше на 25.. .35 %, чем в аналогичной по параметрам Ка и Ва традиционной рабочей среде.
Для практической разработки данного способа нами проведены исследования зависимости плотности, эффективной вязкости и режущей способности полидисперсных сред от их состава.
Проведены сравнительные исследования свойств традиционных и полидисперсных рабочих сред с одинаковыми значениями Ка и Ва. Для этого произведен поиск оптимальных значений величин эффективной вязкости, плотности и количества абразивных зерен, содержащихся в единице объема полидисперсной рабочей среды, состав которой рассчитан по зависимости (1), и традиционной рабочей среды. Для экспериментального поиска максимальных значений рассматриваемых параметров среды применен метод симплексов, заключающийся в движении в да-мерном факторном пространстве в сторону экстремума поверхности отклика.
Исследования проведены для полидисперсной среды со средней приведенной зернистостью Ва400 (зернистость Б54, Б60, Р70), в состав которой входят полимер - 50 % и абразивные зерна (нормальный электрокорунд) - 50 %.
При анализе эффективной вязкости рассматривался кинематический vH коэффициент вязкости, что позволило исключить влияние плотности среды на результаты экспериментов. Исследования проведены с применением методики экспериментального определения коэффициента вязкости рабочей среды [3].
Проведенные исследования показали, что полидисперсные рабочие среды имеют более высокую эффективную вязкость и жесткость, что обеспечивает повышение производительности абразивно-экстру-зионной обработки по сравнению с использованием рабочих сред традиционного состава.
Библиографические ссылки
1. Левко В. А. Модель течения рабочей среды при абразивно-экструзионной обработке тонких осесим-метричных каналов большой длины // Вестник ЧГПУ. Механика предельного состояния. 2008. № 2. С. 85-94.
2. Виноградов Г. В., Малкин А. Я. Реология полимеров. М. : Химия, 1977. 438 с.
3. Snetkov P. A., Levko V. A., Pshenko E. B., Lubnin M. A. Experimental determination factor to viscosity, elasticity and plasticity media for abrasive flow machining process // Vestnik SibGAU. 2009. № 5 (26). P. 99-103.
References
1. Levko V. A. Model' techenija rabochej sredy pri abrazivno-jekstruzionnoj obrabotke tonkih osesimmetrichnyh kanalov bol'shoj dliny // Vestnik ChGPU. Mehanika predel'nogo sostojanija. 2008. № 2, s. 85-94.
2. Vinogradov G. V., Malkin A. Ja. Reologija polimerov. M. : Himija, 1977. 438 s.
3. Snetkov P. A., Levko V. A., Pshenko E. B., Lub-nin M. A. Experimental determination factor to viscosity, elasticity and plasticity media for abrasive flow machining process // Vestnik SibGAU. 2009. № 5 (26), p. 99-103.
© Левко В. А., Харин Д. О., 2013
v
/
УДК 669.017
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ МЕТАЛЛОКЕРАМИКИ УМБ-4С
А. В. Лекарев1, В. Б. Жуковский1, А. А. Ковалева2, В. П. Жереб2
1ОАО «Красноярский машиностроительный завод» Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 29
2Сибирский федеральный университет Россия, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79
Рассмотрены фактографический анализ и механические свойства металлокерамики. Произведено сопоставление механических свойств и изломов металлокерамики.
Ключевые слова: металлокерамика, турбонасосный агрегат.
