CC BY
11УДК 621.923.9
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ПАРАМЕТРЫ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ ПОСЛЕ АБРАЗИВНО-ЭКСТРУЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ
С. С. Дядюхина, Л. П. Сысоева, А. С. Сысоев
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: [email protected]
Проанализированы основные технологические факторы, влияющие на эффективность абразивно-экструзионной обработки деталей летательных аппаратов.
Ключевые слова: детали летательных аппаратов, сложнопрофильные поверхности, абразивно-экстру-зионная обработка, рабочая среда, технологические факторы.
THE TECHNOLOGICAL FACTOR IMPACT ON THE SURFACE QUALITY PARAMETERS
AFTER ABRASIVE FLOW MACHINING
S. S. Dyadyukhina, L. P. Sysoeva, A. S. Sysoev
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: [email protected]
The article analyses main technological factors affecting the efficiency of Abrasive Flow Machining of aircraft details.
Keywords: aircraft details, complex-profile surface, Abrasive Flow Machining, work medium, technological factors.
При эксплуатации летательных аппаратов (ЛА) преждевременное разрушение деталей (потеря работоспособности) носит усталостный характер, вызванный высокими циклическими напряжениями изгиба и кручения вследствие воздействия газового и гидравлического потоков в условиях высоких температур и агрессивных сред. Подобному воздействию подвергаются фасонные поверхности большинства объемных сложнопрофильных деталей (лопатки турбин, компрессоров и вентиляторов, роторы винтовых компрессоров, крыльчатки насосов) [1].
Критерии прочности и надежности связаны с качеством деталей (величиной шероховатости, ее направлением и формой микронеровностей, полученных при механической обработке поверхности) и обеспечивается технологией их изготовления [2].
Существенное влияние шероховатости поверхности на сопротивление усталости связано с тем, что оставшиеся после обработки микронеровности поверхности являются концентраторами напряжений в поверхностном слое и под действием циклических нагрузок приводят к возникновению и развитию усталостных трещин. Анализ конструкций деталей ЛА показал, что требования по шероховатости поверхности варьируются в диапазоне Яа = 1,25...2,5 мкм для деталей сопловых аппаратов до Яа = 0,32.0,63 мкм для поверхностей проточной части турбин [3].
Высокие требования к шероховатости поверхности приводят к необходимости операций финишной обработки.
Конструктивные особенности некоторых деталей летательных аппаратов (ЛА) характеризуются наличием сложнопрофильных и труднодоступных для ин-
струмента поверхностей. Формообразование и последующая финишная обработка подобных поверхностей требуют сложных движений инструмента или использования фасонных инструментов. Зачастую формообразование может быть обеспечено только специальными методами литья и последующей электроэрозионной обработкой. Для таких заготовок характерно наличие дефектного слоя с высокими остаточными напряжениями, наклепом и микронеровностями. Например, величина дефектного слоя у деталей после литья по выплавляемым моделям составляет 0,1.0,8 мм, а шероховатость Яа = 20.40 мкм [4].
Абразивно-экструзионная обработка (АЭО) [5; 6] позволяет достигать шероховатости Яа = 0,08 мкм при условии правильно подобранных инструменте и режимах.
В ряде работ представлены результаты исследований по изучению влияния технологических параметров на выходные отклики (параметры), а именно, отделка поверхности и удаление материала при АЭО [7; 8].
Основные технологические параметры, влияющие на эффективность АЭО, можно разделить на три основные группы (рис. 1).
К первой группе относятся характеристики исходной детали (конструктивные особенности, физико-механические свойства материала, исходная шероховатость).
Параметры второй группы характеризуют состав и физико-механические свойства используемого инструмента - рабочей среды (РС) [9] (вид полимерной основы, вид и зернистость абразива, его концентрация, вид и концентрация пластификатора и модификатора, вязкость РС, ее адгезионные и релаксационные свойства при определенной температуре).
Решетневскуе чтения. 2017
Входные параметры АЭО
Наконец, третья группа технологических параметров определяет особенности и режимы обработки, к которым можно отнести конструктивные особенности приспособления и направляющих аппаратов, давление в системе и количество циклов.
В функциональном виде зависимость выходных параметров АЭО от технологических факторов, существенно влияющих на оптимизацию обработки, можно записать в виде [3]:
Паэо = F [К ос? ХШ СРС Коу^
где Кос - конструктивно-технологические особенности; Хп - характеристика поверхности исходной заготовки; СРС - свойства рабочей среды; Тр - технологические режимы обработки; Коу - конструктивные особенности устройств, реализующих процесс.
Процесс резания при АЭО является сложным комплексом физико-химических явлений (механических, тепловых, электрических, адгезионных, диффузионных и др.), сопровождающих процесс взаимодействия абразивных зерен с обрабатываемой поверхностью. Попытка учесть независимые переменные, которые существенно влияют на результат обработки, вызывает необходимость дальнейшей детализации модели:
Кос А(Яaт, ОСк Гк вх, гк вь^ ЕАк, 1к);
Хп = /(ов, От, оп, НВ, Идс, Яа, НЯа);
Срс = /(Во, V,, Ва, К, В а, Вмод, Кмод);
Тр = АР вх Рвых, ТРС);
Коу = КУРС ¿наХ
где Яат - требуемая шероховатость; ак - расположение канала; гк вх - радиус закругления входной кромки; гк вых - радиус закругления выходной кромки; Е/ - суммарная площадь каналов; 1к - длина канала; ов - предел прочности; от - предел текучести; оп -напряжения в поверхностном слое; НВ - твердость;
йдс - глубина дефектного слоя; Ra - исходная шероховатость; HRa - направление шероховатости; Во - вид основы; vд - коэффициент вязкости; Ва - зернистость абразива; Ка - концентрация абразива; Ва - вид абразива; Вмод - вид модификатора; Кмод - концентрация модификатора; Рвх - давление РС на входе в систему; Рвых - давление РС на выходе из системы; пц - количество циклов; ТРС - температура РС; VPC -объем РС в камере; LHA - длина канала направляющего аппарата.
Конечным результатом АЭО деталей являются параметры качества поверхности: шероховатость, размерная точность и отсутствие дефектного слоя. Достижение заданных свойств поверхности за минимальное время обработки достигается подбором комбинаций оптимальных значений входных параметров.
Библиографические ссылки
1. Левко В. А. Абразивно-экструзионная обработка: современный уровень и теоретические основы процесса : монография / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2007. 228 с.
2. Основы расчета и конструирования деталей и механизмов летательных аппаратов : учеб. пособие для втузов / Н. А. Алексеева, Л. А. Бонч-Осмолов-ский, В. В. Волгин и др. ; под ред. В. Н. Кестельмана, Г. И. Рощина. М. : Машиностроение, 1989. 456 с.
3. Сысоев С. К. Экструзионное хонингование деталей летательных аппаратов: теория, исследования, практика : монография / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2005. 220 с.
4. Analysis of Casting Defect Through Defect Diagnostic Study Approach / B. Chokkalingam, S. S. Mohamed Nazirudeen // Journal of Engineering Annals of Faculty of Engineering Hunedoara. 2009. Vol. 2. P. 209-212.
5. Pat. 3521412 US, ISC B24B 1/00, 19/00. Method of honing by extruding / McCarty R. W. ; 05.11.1965; 21.07.1970.
6. Pat. 105043 SG ISC B24C 3/00, 3/02, 3/04,7/00, 9/00. Abrasive flow machining apparatus, method and system / Wan Y. M. St. ; 20.02.2009 ; 27.08.2009.
7. Sunil Kumar Yadav, Manoj Kumar Singh, Bharat Raj Singh. Effect of Unconventional Machining on Surface Roughness of Metal: Aluminum and Brass- A Case Study of Abrasive Flow // SAMRIDDHI-A Journal of Physical Sciences, Engineering and Technology. 2011. Vol. 2. Iss. 1.
8. Сысоева Л. П. Абразивно-экструзионная обработка алюминиевых сплавов // Вестник ЮУрГУ Серия «Машиностроение». 2015. Т. 15, № 2. С. 40-50.
9. Рабочая среда как инструмент для абразивно-экструзионной обработки / Л. П. Сысоева, С. К. Сысоев, В. А. Левко, А. С. Сысоев // Машиностроение -основа технологического развития России ТМ-2013 : сб. науч. ст. V Междунар. науч.-техн. конф. / редкол.: Е. И. Яцун [и др.] ; Юго-Зап. гос. ун-т. Курск, 2013. С. 345-349.
References
1. Levko V. A. Abrazivno-ekstruzionnaya obrabotka: sovremennyy uroven' i teoreticheskie osnovy protsessa: monogr. [Abrasive Flow Machining: State of the Art and Theoretical Basis of the Process] : monografiya / Sib. gos. aerokosmich. un-t. Krasnojarsk, Publ., 2007. 228 р.
2. Alekseeva N. A., Bonch-Osmolovskiy L. A., Volgin V. V., Kestel'man V. N. (Ed.), Roshchin G. I. (Ed.) and other. Osnovy rascheta i konstruirovaniya detaley i mekhanizmov letatel'nykh apparatov [Fundamentals of Calculation and Design of the Details and Mechanisms of Aircraft]. M. : Mashinostroenie Publ., 1989. 456 р.
3. Sysoev S. K. Ekstruzionnoe khoningovanie detaley letatel'nykh apparatov: teoriya, issledovaniya, praktika : monografiya / Sib. gos. aerokosmich. un-t [Extrusion Honing of the Aircraft Details: theory, research, practice monograph]. Krasnoyarsk, Publ., 2005. 220 р.
4. Analysis of Casting Defect Through Defect Diagnostic Study Approach / B. Chokkalingam, S. S. Mohamed Nazirudeen // Journal of Engineering Annals of Faculty of Engineering Hunedoara. 2009. Vol. 2. P. 209-212.
5. McCarty R. W. Method of Honing by Extruding. Patent US, № 3521412. 1970.
6. Wan Y. M. St. Abrasive Flow Machining Apparatus, Method and System. Patent SG № 105043. 2009.
7. Sunil Kumar Yadav, Manoj Kumar Singh, Bharat Raj Singh. Effect of Unconventional Machining on Surface Roughness of Metal: Aluminum and Brass- A Case Study of Abrasive Flow // SAMRIDDHI-A Journal of Physical Sciences, Engineering and Technology. 2011. Vol. 2, Iss. 1.
8. Sysoeva L. P. Аbrazivno-ehkstruzionnaya obrabotka alyuminievykh splavov [Abrasive Flow Machining of the aluminium alloys] // Vestnik YUUrGU Seriya "Mashinostroenie". 2015. Vol. 15, № 2. P. 40-50.
9. Rabochaya sreda kak instrument dlya abrazivno-ehkstruzionnoj obrabotki [Work medium is the tool for Abrasive Flow Machining] / L. P. Sysoeva, S. K. Sysoev, V. А. Levko, А. S. Sysoev // Mashinostroenie - osnova tekhnologicheskogo razvitiya Rossii ; Yugo-Zap. gos. un-t. Kursk, 2013. P. 345-349.
© Дядюхина С. С., Сысоева Л. П., Сысоев А. С., 2017
