CC BY
32
УДК 621.923.01
ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО УРОВНЯ СТРУЙНО-АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ
(ABRASIVE FLOW MACHINING)
В. А. Галеева, А. Е. Саклакова, Ю. Н. Селина Научный руководитель - В. А. Левко
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: [email protected]
В производстве ракетно-космической техники все большее применение находит струйно-абразивная или абразивно-экструзионная обработка. Разработан целый ряд способов, расширяющих технологические возможности данного метода финишной обработки. В настоящее время развиваются комбинированные методы обработки абразивным потоком. Приведен обзор этих комбинированных методов обработки.
Ключевые слова: обработка абразивным потоком, финишная обработка, детали летательных аппаратов.
THE MODERN LEVEL OF ABRASIVE FLOW MACHINING: REWIEW
V. A. Galeeva, A. E. Saklakova, J. N. Selina Scentific Supervisor - V. A. Levko
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: [email protected]
In the production of rocket and space technology is increasingly used abrasive flow machining. It developed variety of ways that enhance the technological capabilities of this method of finishing. Currently, are developing combined methods for abrasive flow machining. A review of these combined methods of machining.
Keywords: abrasive flow machining, finishing, parts of aircraft.
В производстве деталей летательных аппаратов все большее внимание уделяется нетрадиционным методам финишной обработки сложных поверхностей. Одним из таких методов является струй-но-абразивная обработка (abrasive flow machining), которая заключается в обработке абразивными зернами, введенными в струю жидкости или газа [1].
Термин abrasive flow machining (AFM) принято относить к струйно-абразивной обработке, где струя или поток среды (жидкости) при течении испытывает не только касательные, но и нормальные напряжения. Принимая форму канала, поток среды обеспечивает контакт между микровыступами обрабатываемой поверхности и абразивными зернами [2]. В России этот метод получил название аб-разивно-экструзионной обработки или экструзионного хонингования [3].
Впервые метод AFM был предложен в 1965 году [4]. Вязкоупругая среда, наполненная абразивными зернами, при помощи двух оппозитных гидравлических цилиндров продавливается через каналы обрабатываемой детали в прямом и обратном направлениях. В 1989 году разработана технология орбитальной обработки вязкоупругой абразивной средой (orbital AFM) [5]. В 1991 году были предложены метод и устройство для однонаправленной обработки абразивным потоком (one way AMF) [6]. Для обработки микроотверстий в соплах, инжекторах дизельного топлива, охлаждающих каналах лопаток и других деталях предложен метод AFM, заключающийся в прокачке через микроотверстия низкомолекулярных жидкостей с абразивными зернами (micro flow AFM) [7].
Разработаны научные основы абразивно-экструзионной обработки [8]. Особое внимание уделено контактным процессам при абразивно-экструзионной обработке [9]. На основе модели контактных
Секция « Технологические и мехатронные системы в производстве ракетно-космической техники»
взаимодействий предложена методика расчета шероховатости поверхности при абразивно-экструзионной обработке [10].
Для обработки конусных отверстий разработан способ AFM с использованием выравнивающего устройства [11]. Для повышения производительности обработки предложено в центр обрабатываемого канала помещать вращающееся винтовое сверло. Эта разновидность процесса получила название финишная отделка абразивным потоком с вращающимся сверлом (drill bit-guided abrasive flow finishing (DBG-AFF)) [12].
В последнее время все большее распространение получают комбинированные методы струйно-абразивной обработки, в которых на процесс течения струи, наполненной абразивными зернами, оказывают дополнительные воздействия.
Известен подход, при котором деталь при обработке помещается в магнитное поле. В качестве абразивного материала применяются специальные частицы, состоящие из 40 % ферромагнитных материалов, 45 % Al2O3 и 15 % Si2O3. Магнитное поле создает дополнительное воздействие на частицы при их контакте с обрабатываемой поверхностью. Этот способ получил название обработка магнитным абразивным потоком (magneto abrasive flow machining) [13].
В другом подходе деталь при обработке имеет возможность вращаться. При этом в зоне контакта возникают дополнительные центробежные силы. Технология получила название обработка абразивным потоком с помощью центробежной силы (centrifugal force assisted abrasive flow machining) [14].
Существует ряд разработок, в которых на поток рабочей среды и деталь накладывают вибрации, в том числе ультразвуковые. Такой метод получил название обработка абразивным потоком с помощью вибрации или ультразвука (ultrasonic assisted abrasive flow machining) [15]. Предложены комбинированные методы AFM с анодным раствором обрабатываемой детали при помощи электрохимического процесса [16].
В отдельное направление выделилась магнитореологическая обработка абразивным потоком (magnetorheological abrasive flow finishing), суть которой заключается в прокачке через обрабатываемые детали жидкостей, способных менять реологические свойства под воздействием магнитного поля. Этот метод является гибридом обработки абразивным потоком и магнитореологической отделки [17].
Струйно-абразивная (абразивно-экструзионная) обработка и ее комбинации с другими специальными методами, например, вибрационным, ультразвуковым и магнитно-абразивным, является наиболее перспективной технологией финишной обработки деталей летательных аппаратов. Эта технология дает возможности финишной обработки любых видов материалов, в том числе хрупких или труднообрабатываемых. При этом в поверхностном слое формируются остаточные сжимающие напряжения, и формируется шероховатость, совпадающая с направлением потока среды.
Библиографические ссылки
1. ГОСТ 23505-79. Обработка абразивная. Термины и определения (с изм. № 1). Введен с 01.01.80.
2. Левко В. А. Абразивно-экструзионная обработка: современный уровень и теоретические основы процесса : монография ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2007. 228 с.
3. Левко В. А. Абразивно-экструзионная обработка. Современный уровень, проблемы и направления развития // Изв. Томск. политех. ун-та. 2006. Т. 309. № 6. С. 125-129.
4. Пат. 3521412 США, МКИ В24В 1/00, 19/00. Способ снятия заусенцев и отделки поверхностей абразивной массой / Мак-Карти Р. У. [Б. н.] ; заявл. 05.11.65; ИСМ. 1970. № 10. С. 35.
5. Pat. 4891916 US, ISC B24B 1/00. Orbital and/or reciprocal machining with a viscous plastic medium / Rhoades L. J., Waldron J. S. ; 02.11.1988 ; 24.10.1989.
6. Pat. 5070652 US, ISC B24B 19/00. Unidirectional abrasive flow machining / Rhoades L. J., Kohut T. A., Nokovich N. P.; 31.10.1990; 10.12.1991.
7. Pat. 5054247 US, ISC B24B 57/02. Method of controlling flow resistance in fluid orifice manufacture / Rhoades L. J., Nokovich N. P., Kohut T. A., Johnson F. E. ; 19.07.1990 ; 08.10.1991.
8. Левко В. А. Научные основы абразивно-экструзионной обработки деталей : монография ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. 222 с.
9. Левко В. А. Контактные процессы при абразивно-экструзионной обработке // Металлообработка. 2008. № 3. С. 19-23.
10. Левко В. А. Расчет шероховатости поверхности при абразивно-экструзионной обработке на основе модели контактных взаимодействий // Изв. высш. учеб. заведений. Авиационная техника. 2009. № 1. С. 59-62.
11. Пат. 2469832 РФ. МКИ B24B 31/116. Способ абразивно-экструзионной обработки канала с цилиндрической и конусной частями / Левко В. А., Пшенко Е. Б. ; 11.07.2011; Бюл. № 35 от 20.12.2012.
12. Experimental investigations and modeling of drill bit-guided abrasive flow finishing (DBG-AFF) process / Sankar M. R., Mondal S., Jain V. K. // The Intern. J. of Advanced Manufacturing Technology. Vol. 42, Iss. 7-8, pp. 678-688.
13. Development of magneto abrasive flow machining process / Singh S., Shan H. S. // Intern. J. of Machine Tools and Manufacture. Vol. 42, Iss. 8, June 2002, pp. 953-959.
14. Determining dynamically active abrasive particles in the media used in centrifugal force assisted abrasive flow machining process / Walia R. S., Shan H. S., Kumar P. // The Intern. J. of Advanced Manufacturing Technology October 2008, Vol. 38, Iss. 11-12, pp. 1157-1164.
15. Simulation of media behaviour in vibration assisted abrasive flow machining / Gudipadu V., Sharma A. K., Singh N. // Simulation Modelling Practice and Theory. Vol. 51, February 2015, pp. 1-13.
16. Advancement of Abrasive Flow Machining Using an Anodic Solution / Dabrowski L., Marciniak M., Wieczorek W., Zygmunt A. // J. of New Materials for Electrochemical Systems. Vol. 9, 2006, pp.439-445.
17. Design and development of the magnetorheological abrasive flow finishing (MRAFF) process / Jha S., Jain V. K. // Intern. J. of Machine Tools and Manufacture. Vol. 44, Iss. 10, August 2004, pp.1019-1029.
© Галеева В. А., Саклакова А. Е., Селина Ю. Н., 2016
