Особенности абразивно-экструзионной обработки труднообрабатываемых сплавов после литья по выплавляемым моделям Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.923.9

ОСОБЕННОСТИ АБРАЗИВНО-ЭКСТРУЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ТРУДНООБРАБАТЫВАЕМЫХ СПЛАВОВ ПОСЛЕ ЛИТЬЯ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ

Н. С. Теряев, А. Ю. Володин Научные руководители - С. К. Сысоев, А. С. Сысоев

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Рассмотрены особенности получения заготовок сложнопрофильных деталей ЛА из высокопрочных сталей и жаропрочных сплавов. Проанализированы характеристики отливок, получаемых литьем по выплавляемым моделям и требования к ответственным деталям ЛА. Проведены исследования по абразивно-экструзионной обработке труднообрабатываемых материалов.

Ключевые слова: абразивно-экструзионная обработка, труднообрабатываемый сплав, литье по выплавляемым моделям, сложнопрофильная деталь.

FEATURE THE ABRASIVE FLOW MACHINING OF HARD ALLOYS AFTER INVESTMENT CASTING

N. S. Teryaev, A. Y. Volodin Scientific supervisors - S. K. Syisoev, A. S. Sysoev

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

The manufacture features of the complex profile details aircraft from high-strength steels and superalloys are considered. The characteristics of casting and requirements for critical parts of the aircraft are analyzed. Research of the Abrasive Flow Machining hard materials.

Keywords: Abrasive Flow Machining, hard alloy, investment casting, complex-profile detail.

Большую часть сложнопрофильных деталей ЛА, работающих при высоких статических и динамических нагрузках, в зоне высоких температур и агрессивных сред (турбины, роторы, лопатки ротора, сегменты лопаток, крыльчатки, сопловые и направляющие аппараты) (рис. 1), изготавливают из труднообрабатываемых высокопрочных сталей и жаропрочных сплавов литьем по выплавляемым моделям.

Преимуществами данного способа получения заготовок являются отсутствие или малые припуски на механическую обработку, возможность получения сложной формы и др. [1].

Качество поверхности деталей после литья по выплавляемым моделям характеризуется повышенной шероховатостью Ra = 20.. .40 мкм, большой глубиной термически измененного слоя (литейная корка h = 0,1.0,8 мм), высокими остаточными напряжениями [2].

Шероховатость поверхности, а также ее направление существенно влияют на работоспособность агрегатов ЛА [3]. Уменьшение шероховатости газового тракта турбин, направляющих и сопловых аппаратов, корпусов и др. приводит к повышению КПД и надежности работы агрегатов за счет уменьшения трения газового потока в пограничном слое, препятствует возникновению газовой коррозии, образованию термоусталостных трещин, повышает прочность и коррозионную стойкость.

Из анализа конструкций деталей ЛА со сложными каналами, выполненных литьем или ЭЭО [4], установлено, что детали имеют сложные каналы, расположенные, в основном, по окружности (лопатки крыльчаток, турбин, роторов, направляющих аппаратов и др.); поверхности каналов находятся под углом (до 35°) относительно направления потока газа и жидкости в агрегатах с изменением

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2015. Том 1

углов наклона каналов по его длине; геометрические параметры каналов изменяются в широком диапазоне (по диаметру от 30 до 800 мм, по площади сечения отдельного канала от 25 до 1 000 мм2, по суммарной площади сечения каналов от 10 до 80 000 мм2); требования к поверхностям каналов по шероховатости Ra = 0,63...3,2 мкм, по точности 0,1...0,3 мм; материалы деталей относят, в основном, к классу трудно обрабатываемых. Шероховатость поверхностей проточной части турбин должна быть Ra < 0,32...0,63 мкм, а поверхностей дисков, корпусов, направляющих и сопловых аппаратов -Ra < 1,6...2,5 мкм.

а б

Рис. 1. Сложные высоконагруженные детали ЛА: а - направляющий аппарат, б - крыльчатка

Столь высокие требования к точности и качеству поверхностного слоя приводят к необходимости финишной обработки. При этом применение стандартных методов невозможно при обработке труднодоступных и сложнопрофильных поверхностей.

Нами предложено для обработки деталей ЛА из труднообрабатываемых материалов использовать метод абразивно-экструзионной обработки (АЭО). Суть метода заключается в экструзии под давлением вдоль обрабатываемой поверхности вязкоупругой рабочей среды (РС), наполненной абразивными зернами.

Проведены исследования по АЭО поверхностей лопаток в направляющем аппарате с целью определения возможности применения способа для уменьшения шероховатости лопаток после электроэрозионной обработки отливок по выплавляемым моделям (с исходной шероховатости Кг = 25...40 мкм до Яа = 3,2.10 мкм).

Обработка проводилась на установке УЭШ-100 с применением специального приспособления и направляющего аппарата, выравнивающего течение РС вдоль обрабатываемой поверхности (рис. 2).

а б

Рис. 2. Общий вид зоны обработки на установке УЭШ-100 с отведенной вверх рабочей камерой при АЭО: а - направляющего аппарата; б - крыльчатки

Обработка проводилась в два этапа. РС для первого этапа приготовлена на основе каучука синтетического диметилсилоксанового термостойкого СКТ (ГОСТ 14680-74, ТУ 38.103694-89) с добавлением 15 % фторопласта Ф-4 и 75 % карбид кремния черный 54С зернистостью Б60; давление масла в системе - 12 МПа; количество циклов при обработке - 20; время одного цикла - 50 с. На втором этапе использовался электрокорунд белый 25 А зернистостью Б100в концентрации 50 %; количество циклов при обработке - 30; время одного цикла - 40 с.

После обработки шероховатость лопаток уменьшилась до 3,2.10 мкм после первого этапа до стабильного значения Иа = 3,2 после второго без существенного изменения профиля лопатки.

Проведенные пробные исследования показали необходимость поэтапной обработки с подбором вида, необходимой зернистости и концентрации абразива на каждом этапе, что требует проведения дополнительных исследований. Необходимо обратить внимание на герметичность и прочность закрепления заготовок в приспособлении для избегания попадания абразива в зону контакта деталь -приспособление и предотвращения повреждения поверхностей детали и приспособления. Особого внимания требует точность разработки конструкции и изготовления направляющих и выравнивающих аппаратов для увеличения равномерности обработки.

Библиографические ссылки

1. Сысоев С. К. Экструзионное хонингование деталей летательных аппаратов: теория, исследования, практика: монография ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2005. 220 с.

2. Константинов Л. С. Напряжения, деформации и трещины в отливках. М. : Машиностроение, 1981. 199 с.

3. Лубнин М. А. Разработка и внедрение технологии экструзионного шлифования труднодоступных поверхностей деталей : автореф. дис... 05.07.04. М. : НИИТМ, 1987. 18 с.

4. Левко В. А. Абразивно-экструзионная обработка: современный уровень и теоретические основы процесса : монография ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2007. 228 с.

© Теряев Н. С., Володин А. Ю., 2015